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1 LPMCN - Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures

Abstract : Physical phenomena at interfaces are responsible for many properties of great practical interest in composite materials. Using molecular dynamics simulations, we modeled and studied the microscale physics involved in mechanical properties of polymers and in thermal transfer in nanofluids. Developing a method for local study of dynamics in a polymer melt, we have explained the mecha- nisms involved in the mechanical response of a pure melt to an external solicitation. In the case of a wall polymer interface, we have shown that the presence of grafted chains slows down dynamics and increases entanglement density locally in a slice roughly a typical chain size wide. For a bare flat surface dynamics are accelerated and there are less entanglements near the wall. The study of an entangled polymer melt with sub-chain size fillers showed that filler-polymer attraction leads to an effective increase in entanglement den- sity via fillers acting as reticulations. These phenomena can explain the measured moderate reinforcement in filled melts at high temperature in absence of glassy effects. By studying interfacial effects on thermal transport in a nanofluid we developed a sensible method for measuring particle-fluid thermal resistance. We showed that conductivity is well predicted by effective me- dium calculation. The influence of Brownian motion was shown to be negligible and the experimentally measured enhanced conductivity of nanofluids is attributed to collective effects such as particle aggregation.

Résumé : Les phénomènes physiques aux interfaces sont à l-origine de beaucoup de propriétés de grand intérêt pratique dans les matériaux composites. Par des simulations de dynamique moléculaire, nous avons modélisé et étudié la physique des propriétés mécaniques des polymères et des transferts de chaleur dans les nanofluides. Nous avons développé une méthode d-étude locale de la dynamique dans un fondu de polymère. Ceci a permis d-expliquer les mécanismes impliqués dans la réponse d-un fondu pur à une excitation mécanique externe. Dans le cas d-une interface paroi polymère nous avons montré que la présence de chaînes greffées ralentit localement la dynamique et augmente la densité d-enchevêtrements dans une couche interfaciale de l-ordre de la taille des chaînes. En absence de greffage et pour une surface plane la dynamique est accélérée et la densité d-enchevêtrements diminue. L-étude d-un fondu enchevêtré chargé par des particules de taille inférieure à celle des polymères a montré que l-attraction charge polymère mène à une augmentation effective de la densité d-enchevêtrements à travers des réticulations créées par les charges. Ces phénomènes expliquent le renforcement dans les polymères chargés mesuré à haute température en absence d-effets vitreux.Par l-étude des effets d-interface sur les transferts thermiques dans un nanofluide nous avons établi une méthode de mesure de la résistance thermique particule-fluide. Nous avons montré que la conductivité est bien prédite par un calcul de milieu effectif. L-effet du mouvement brownien est négligeable et l-augmentation de la conductivité de ces fluides est due à des effets collectifs agrégation des particules.

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Keywords : polymer melt molecular dynamics viscosity local dynamics Rouse modes thin films entanglements reinforcement primitive paths thermal conductivity Kapitza resistance nanofluids

Mots-clés : fondu de polymère dynamique moléculaire viscosité dynamique locale modes de Rouse films minces enchevêtrements renforcement chemins primitifs nanocomposites conductivité thermique résistance de Kapitza nanofluides





Autor: Mihail Vladkov -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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