中文摘要：

以刚性、无机纳米粒子填充高聚物复合材料为研究对象，研究材料的制备工艺、微观结构、宏微观力学性能和力学行为，以及三者之间的关系。探索最佳的粒子分散技术，制备出合格的纳米复合材料。采用各种测试技术，测定粒子的尺寸分布、分散性、体积分数、界面相结构和尺寸、晶粒尺寸和结晶度、韧脆转变温度等。利用纳米硬度计、原子力显微镜、扫描和透射电子显微镜等测定组成相的模量、界面开裂的临界载荷和粘结能、损伤和破坏机理等。测定宏观拉伸性能、冲击性能和断裂性能。基于以上的研究结果，建立工艺－结构－性能三者之间的对应关系，并进一步进行数值模拟研究，求得模拟结果与实验结果的统一。最终提出纳米复合材料力学性能预测的理论模型框架和设想。这一研究成果将为工程纳米复合材料的应用提供宝贵的理论和实验依据。从学术意义上说，这一研究项目的完成将使我国在工程纳米复合材料领域迈入世界先进行列。

结论摘要：

本研究的研究对象是刚性粒子填充高聚物复合材料，设计和制备了SiO2填充环氧树脂和CaCO3和PN弹性体填充聚丙烯。研究了微观结构、宏微观力学性能，以及它们之间的关系。通过利用纳米硬度仪（Nano-TriboIndenter）和传统的试验机，测定了如下力学性能宏微观蠕变性能、裂纹应力集中和动态粘弹性。研究发现，对于CaCO3/PN/PP体系，材料内部存在由于PN弹性体的加入带来的微孔洞，因此该材料的微观结构是刚性CaCO3粒子和微孔洞并存的体系。实验结果表明，应力强度因子受到微孔洞和刚性粒子的影响，两者的作用正好相反。对于蠕变阻力可以获得同样的影响规律。利用Nano－TriboIndenter完成了SiO2/epoxy体系的nanoDMA实验，储存模量、损耗正切和硬度受到粒子含量、加载频率和载荷大小的影响。储存模量和硬度随粒子含量的增加和载荷频率的提高而提高。然而，损耗正切不依赖于粒子的含量，仅随加载频率先提高后下降。在大载荷下获得的结果可靠。在小载荷情况下，由于表面效应大，获得的结果不可靠。