2010年，美国麻省理工学院GangChen教授等[17]实验研究发现，正常的高分子聚合物，由于其分子链无序排列且呈团状聚集，具有很小的导热系数(0。1～0。4W/(m·K))，但单链聚乙烯纳米纤维（图1。2a）作为高分子聚合物的一种基础结构单元，受力拉直、分子链排列有序化后，却具有很高的导热系数，实验值达到104W/(m·K)，超过了大多数钢材。该方法通过改变聚乙烯链的排列形式，由常温下无序的分子链排布（图1。2b）转变为单向延伸的分子排列（图1。2c），实现了高分子聚合物材料导热系数的极大提升。Wang等[18]研究了一系列具有良好拉伸性能的高分子聚合物纳米纤维的导热性能，实验结果表明PBO材料和聚乙烯具有最高的导热系数，约为20W/(m·K)。由此引出了一种通过改善分子链排序，来提高高分子聚合物导热率的新方法。

a。单链聚乙烯结构图； b。乱序聚乙烯结构图； c。有序化聚乙烯结构图

图1。2聚乙烯自然团聚（乱序）和有序化示意图[14]

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3有序化高分子聚合物仿真研究

相对于实验研究，分子动力学仿真则提供了一种能够预测材料性质的计算工具，可直接观测体系内分子和原子的结构变化，是研究大规模分子链系统的有效手段，同样也被应用于有序分子链材料导热性能的预估。

XiaojiaWang[19]等用时域热发射的方法计算得到高模数的聚乙烯晶体和液晶的导热系数达到20W/(m·K)，并给出了9种不同的聚合物纤维的热导率与其弹性模量的数据，其分析得出群速度沿纤维轴向的纵向声子可能是热的主要载体。Jin-WuJiang[20]等人用第一性原理和量子力学非平衡格林函数的计算方法模拟得聚乙烯单链的导热系数达到310W/(m·K)、杨氏模

量可达374。5GPa。

Henry等[21,22]应用分子动力学仿真的方法，采用了AIREBO势研究了单根聚乙烯链的传热机理，分析表明，中频纵声学声子波振动为单链聚乙烯传热的主要贡献。Zhang等[23~25]应用COMPASS力场计算了无序多根聚乙烯分子链（图1。3），分析了拉伸正应力对分子链排布和热导率的影响，结果表明，当拉伸比为10时，导热系数可达50W/(m·K)。Liu等[26]应用分子动力学仿真的方法，采用COMPASS势模拟计算了1。7ns后无序多根高分子聚合物受正拉伸应力作用时导热系数的变化，结果表明导热系数随应变的增加而增加，同时分子质量对导热率也有一定的影响。Sun[27]等人通过实验和分子模拟的方法开发了一种顺排聚乙烯自组装膜用于连接软/硬材料表面，该膜具有良好的导热系数，能够减少软/硬材料间声子频率的失调，能够有效减少接触热阻。随着学者们对分子链有序化材料的极大关注，分子动力学仿真被大量应用到该领域的研究，在预测高分子聚合物材料性质、制造工艺的设计方面将起到越来越重要的作用。

多根有序化聚乙烯分子链的模拟示意图[25]

但是现有关于有序化高分子聚合物的仿真方法，在以下几个方面还有待发展：

1。目前关于通过改善分子链排序以提高高分子聚合物导热系数方法的研究，主要集中于单根纳米纤维或者少量分子链的传热性能，对于大规模分子链组成的大块高分子聚合物传热特性定性、定量的分析研究鲜见报道。其原因在于，现有仿真方法均采用了全原子模型，即将分子链内的每个原子都作为计算单元，其空间尺度为纳米级，时间尺度为纳秒级。由于计算机能力、计算速度和存储容量的限制，计算中要求分子链不能过长，如文献[26]中，所分析的单链聚乙烯分子（分子式为{CH2-CH2}n）共有200个C原子，分子量为2802g/mol，而实际中单根聚乙烯的分子量可高达106g/mol，因此碳链越长，即n值越大，模拟结果才能更接近实际值。但n值太大会远远超出计算机运算能力的范围，因而现有的基于全原子模型的仿真计算，主要集中于单链或者少量分子链的聚乙烯传热性能分析，对更接近实际情况的高分子聚合物模块的计算与分析尚未见报道。另外，为了准确模拟材料制备工艺中诸如材料的流动、缓慢拉伸等耗时长的物理过程，计算中时间变量的尺度将遽增，更需要适应于大规模分析的计算方法。