Modeling interfacial effects on transport properties: mechanical properties of polymers, <br />thermal properties of nanofluids - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Modeling interfacial effects on transport properties: mechanical properties of polymers,
thermal properties of nanofluids

Modélisation des effets d'interface sur les coefficients de transport: propriétés mécaniques
des polymères, propriétés thermiques des nanofluides

Résumé

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.
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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Dates et versions

tel-00176186 , version 1 (02-10-2007)

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  • HAL Id : tel-00176186 , version 1

Citer

Mihail Vladkov. Modeling interfacial effects on transport properties: mechanical properties of polymers,
thermal properties of nanofluids. Data Analysis, Statistics and Probability [physics.data-an]. Université Claude Bernard - Lyon I, 2007. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00176186⟩
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