Modele materiałów od atomów do kompozytów
Materiały polimerowe, w tym wszechobecne plastiki, stanowią podstawowy budulec niezliczonych produktów i podzespołów, od elektroniki użytkowej po oprzyrządowanie kosmiczne. Kompozyty polimerowe wypełnione nanocząstkami łączą plastiki z nanotechnologią i zapowiadają rewolucję w dziedzinie polimerów. Bardzo ważne jest dokładne poznanie relacji między strukturą a funkcją oraz kontrolowanie dyspersji nanocząstek w matrycy polimerowej. Dotychczasowe dane sugerują, że obecność nanocząstek może zmniejszyć lepkość w procesie formowania wtryskowego, pozwalając zwiększyć jego opłacalność. Umiejętność kontrolowania interakcji między cząstkami a matrycą otworzyłaby też drogę do tworzenia innowacyjnych produktów wykorzystujących ciekawe właściwości termiczne, mechaniczne, elektryczne i magnetyczne nanocząstek. Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt NANOMODEL ("Multi-scale modeling of nano-structured polymeric materials: From chemistry to materials performance") w celu opracowania niezbędnych narzędzi modelowania. Sukces projektu jest wynikiem owocnej współpracy przy tworzeniu warstw modelowania wieloskalowego oraz iteracyjnym sprawdzaniu poprawności modelu metodami doświadczalnymi. Naukowcy zsyntetyzowali i scharakteryzowali polimery o znaczeniu przemysłowym z osadzonymi nanocząstkami zmodyfikowanymi powierzchniowo. Uzyskane dane wprowadzono do tworzonych modeli, wykorzystując komercyjne oprogramowanie zmodyfikowane na podstawie odpowiednich prac metodologicznych. Porównanie doświadczalnych charakterystyk materiałów z wynikami modelu wykazało skuteczność symulowania właściwości nanokompozytów z wykorzystaniem zastosowanych metod symulacji. Opracowany schemat wiązań w postaci metody elementów skończonych dynamiki cząsteczkowej (MD-FEM) powinien ponadto stać się istotnym narzędziem w racjonalnym projektowaniu materiałów.