在高分子物理方面,高分子结晶是其中极为主要的一个分支。这是因为晶体结构可以赋予高分子材料以更加良好的机械性能、耐溶剂特性以及耐热特性等。因此,有关高分子结晶方面的研究目前依然受到学术界及工业界的密切关注。在高分子结晶的研究方向中,聚合物纳米复合材料的结晶行为也受到了大家的密切关注。通过向聚合物基体中添加纳米填料,这可以使得聚合物的结晶过程发生显著的改变,包括其晶体的取向及形貌、结晶速度、结晶方式等等。这些结晶行为的改变显然会进一步对聚合物材料的宏观物理性能造成影响。为了从微观角度阐明聚合物纳米复合材料中晶体取向的控制机制、纳米填料的维度对聚合物结晶行为的影响以及纳米填料的存在对共混聚合物中立构复合晶体结晶行为的影响,本论文使用动态蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟方法来研究这些内容。具体包括以下几个方面:1、通过动态Monte Carlo模拟方法在二维纳米填料填充的聚合物中实现了均匀取向的聚合物晶体。一般来说,由二维纳米填料所诱导形成的聚合物晶体总是呈现随机取向的,这在某种程度上限制了聚合物纳米复合材料物理性能的改善。通过动态Monte Carlo模拟方法,在二维填料上接枝的取向聚合物环(两端均接枝的聚合物链)可诱导出一种特殊的纳米杂化shish-kebab(NHSK)结构,这种晶体具有均一的取向。接枝的取向高分子链首先在填料表面上发生异相成核,然后周围的自由链会参与结晶,最终导致NHSK结构的形成。2、纳米填料的维度对聚合物的结晶行为具有极大的影响。通过动态Monte Carlo模拟方法研究了零维纳米粒子、一维纳米线和二维纳米片对聚合物结晶行为的影响。研究结果显示一维纳米填料具有最强的诱导聚合物结晶的能力,并且能诱导形成均匀取向的晶体。含有二维纳米填料的体系比含有零维纳米填料的体系具有更强的结晶性。两个因素,填料的表面积和界面处的链段取向会直接影响聚合物的结晶过程。进一步的模拟显示更多的表面积能导致出现更多的界面取向链段。另外,一维纳米填料长度的减小会导致聚合物结晶速率和晶体片层数量的减少。一维纳米填料长度的减小还会导致界面区域中的链段取向程度的下降,因此晶体取向被破坏。3、实验研究结果显示氧化石墨烯的存在会促进聚乳酸复合材料中立构复合晶体(SCs)的形成,但是相关的微观机制尚未完全阐明。通过动态Monte Carlo模拟揭示了二维纳米填料影响聚合物共混物中产生SCs的机理。从结果中可以看出,纳米填料能够导致混合聚合物链的异相成核。一方面,由于聚合物和纳米填料之间的相互吸引作用,混合聚合物的混溶性在界面处能得到改善。另一方面,对于异相成核过程,聚合物链倾向于通过分子间堆积排列结晶。上述的两种现象都有利于促使SCs的形成。