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pH敏感两亲聚合物的合成及其自组装胶束的介观模拟

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pH敏感两亲聚合物的合成及其自组装胶束的介观模拟

作者：郑灵姗华南理工大学

学位级别：硕士

两亲性嵌段聚合物在水溶液中通过自组装形成核-壳结构的胶束,可用作药物传输体系。聚合物胶束疏水内核用于包载疏水性药物,亲水外壳提供一个稳定的溶剂化保护层,避免胶束聚集。本文采用ATRP方法合成pH敏感的两亲性嵌段共聚物聚（甲基丙... 详细信息

两亲性嵌段聚合物在水溶液中通过自组装形成核-壳结构的胶束,可用作药物传输体系。聚合物胶束疏水内核用于包载疏水性药物,亲水外壳提供一个稳定的溶剂化保护层,避免胶束聚集。本文采用ATRP方法合成pH敏感的两亲性嵌段共聚物聚（甲基丙烯酸甲酯-co-甲基丙烯酸）-b-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯（P（MMA-co-MAA）-b- -PPEGMA）,并从介观层次上模拟载药胶束的形成和形貌。论文主要工作如下: 设计pH敏感两亲性嵌段共聚物分子结构,即P（MMA-co-MAA）-b-PPEGMA,疏水嵌段PMMA和pH敏感嵌段无规共聚形成聚合物胶束内核,用于包载疏水性药物;亲水嵌段PPEGMA采用聚合物刷状结构,作为胶束外壳有利于提高胶束壳层密度,增强胶束表面亲水性、抗蛋白和血小板吸附能力,提高胶束稳定性。采用ATRP方法,以2-溴异丁酸乙酯（EBriB）为引发剂,溴化亚铜/N,N,N,N’,N’-五甲基二乙基三胺（CuBr/PMDETA）为催化体系,合成了该共聚物;用凝胶渗透色谱（GPC）、核磁共振氢谱（1H NMR）和红外光谱法（FT-IR）等对聚合物结构进行表征,得到分子量为10344,分子量分布较低的聚合物。荧光探针技术测定该聚合物的临界胶束浓度为1.3 mg/L。采用耗散颗粒动力学方法（DPD）和介观动力学方法（MesoDyn）模拟研究了P（MMA-co-MAA）-b-PPEGMA载药胶束在水溶液中的形成过程,以及体系组分配方、疏水嵌段比例、pH变化对胶束形成和形貌的影响。布洛芬为模型药物。DPD模拟显示,载药体系的形成过程可分为3个阶段:（1）各组分高度分散,P（MMA-co-MAA）-b-PPEGMA开始聚集阶段;（2）药物分子向聚合物聚集体内部扩散,载药胶束形成阶段;（3）胶束稳定阶段。聚合物嵌段比、组成配方和体系pH值会影响胶束的形成和形貌。疏水嵌段比例较低时,载药胶束成核困难,且形成的胶束存在较多缺陷;组分配方变化使载药胶束相应地呈现出球状、柱状和层状结构;pH＞5时,pH敏感嵌段中的MAA离子化,形成的胶束结构不规则且松散,有利于释放药物。体外释放结果也显示,pH 1.2时,药物释放速率缓慢,24 h只有17 %释放出来;而在pH 7.4时,药物释放速率明显加快,24 h已释放完全。计算机模拟方法可以从介观层次上研究载药体系的结构变化对性能的影响,从而辅助指导聚合物分子和载药胶束结构设计。

关键词：原子转移自由基聚合 pH敏感聚合物载药胶束耗散颗粒动力学介观动力学

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多尺度模拟聚乳酸共混物的相容性和机械性能

多尺度模拟聚乳酸共混物的相容性和机械性能

作者：李端南华大学

学位级别：硕士

计算机的硬件和软件技术的不断发展,使计算机模拟在材料设计和开发领域的应用越来越广,并且能够解释一些难以从实验中获得的微观原理和本质。相比于传统的石油基高分子材料,聚乳酸(PLA)具有良好的可降解性和生物相容性,但是PLA的机械性... 详细信息

计算机的硬件和软件技术的不断发展,使计算机模拟在材料设计和开发领域的应用越来越广,并且能够解释一些难以从实验中获得的微观原理和本质。相比于传统的石油基高分子材料,聚乳酸(PLA)具有良好的可降解性和生物相容性,但是PLA的机械性能和力学性能较差,因此需要对PLA进行适当的改性才能应用于实际生产中。本文首先对PLA与几种常见的改性剂的共混物进行了模拟,结果表明PLA与直链淀粉(Amylose)共混的相容性较好,进一步采用分子动力学(MD)和介观动力学(Meso Dyn)模拟不同质量比例的PLA与Amylose共混物的结构和性能,并对马来酸酐(MAH)接枝PLA/Amylose共混物的结构性能进行模拟。(1)将PLA与改性剂进行共混模拟,通过Blends模块模拟常见改性剂Amylose、聚乙二醇(PEG)、邻苯二甲酸二辛脂(DOP)、环氧大豆油(ESO)、聚己内酯(PCL)、柠檬酸三丁酯(ATBC)与PLA共混的相容性,对PLA和改性剂之间的结合能进行分析,共混物之间结合能越近似说明其相容性越好,多种改性剂中Amylose与PLA之间的结合能比较近似,因此说明其相容性良好。并还发现随着温度的升高,共混物材料的相互作用参数逐渐减少,并逐渐趋于一个平衡值。(2)复合材料的各项性能在很大程度上依赖于各项材料之间的相容性,因此对PLA和Amylose的相容性和机械性能进行模拟。首先使用Amorphous cell模块建立不同质量比的PLA/Amylose共混物无定形模型并对其进行结构优化,再使用MD模拟PLA/Amylose共混物的CED、溶解度参数(δ)、Flory-Huggins相互作用参数(χ)和机械性能等。研究结果表明,当PLA/Amylose共混物的质量比为70/30时,模拟得到的χ略小于χ,因此得到该质量比下的PLA/Amylose具有一定相容性,其他质量比的共混物的χ均大于χ,即相容性不好。对不同质量组成的共混物体系进行500K到100K逐步降温模拟发现,随着温度的降低,共混体系的体积、键能、键角能和扭转能也逐渐减少,但是体系的体积和扭转能随着温度的降低过程中出现明显转折(即发生玻璃化转变现象),除了质量比为70/30时共混物存在一个玻璃化拐点(即一个玻璃化转变温度),其他比例下的共混物都有两个玻璃化转变温度,说明质量比为70/30的PLA/Amylose具有一定的相容性。对共混物的机械性能模拟得到随着共混物中的PLA组分占比的增加,各项机械性能逐渐降低,当质量比为70/30时达到最低值再逐渐增加。将MD计算得到的相互作用参数转化为Meso Dyn模拟的输入参数,采用Meso Dyn在介观尺度模拟并分析PLA/Amylose共混物介观形态,发现介观共混物形态从“海-岛”结构逐渐变成双连续结构,然后再次变成“海-岛”结构。通过分析不同质量比的共混物的自由能密度和有序参数发现,质量比为70/30的PLA/Amylose共混物具有良好的相容性。(3)按不同接枝率在PLA上接枝MAH,并与Amylose以70/30的质量比进行共混,使用MD模拟接枝率对共混物的CED和机械性能的影响。分析结果可知,随着共混物中接枝率的增加,MAH-PLA/Amylose共混物的CED和各项模量都逐渐升高,而可压缩性逐渐降低,表明采用马来酸酐接枝PLA可以有效地提升其与Amylose共混的机械性能。

关键词：聚乳酸直链淀粉分子动力学介观动力学相容性

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多功能环保压裂液微观模拟研究

多功能环保压裂液微观模拟研究

作者：庞锋中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

非常规油气储层的致密性决定了其必须经过压裂改造才能进行有效开发。近年来国家对环保要求越来越高,研究环保压裂液,减少其对环境的污染是必然趋势。本文采用介观动力学(Meso Dyn)和分子动力学(Forcite)相结合的模拟方法,模拟了多功能... 详细信息

非常规油气储层的致密性决定了其必须经过压裂改造才能进行有效开发。近年来国家对环保要求越来越高,研究环保压裂液,减少其对环境的污染是必然趋势。本文采用介观动力学(Meso Dyn)和分子动力学(Forcite)相结合的模拟方法,模拟了多功能环保压裂液体系中胶束的自组装结构和体系的流变特性;考察了反离子加入体系后,体系粘度的变化以及离子强度对体系自组装行为的影响;获得了将整个体系置于温度场和剪切场环境中对体系自组装行为以及粘度改性影响的规律。从微观和宏观两个角度阐述了各因素对多功能环保压裂液体系性能影响的机理。研究结果表明,随着浓度提升,表面活性剂会自组装形成球状、棒状、蠕虫状、层状等形态各异的胶束,但体系性能与浓度并非正相关;反离子的加入会促进表面活性剂在体系中成胶,但是超过1%的反离子会降低体系性能剪切粘度;温度的提升会降低体系的性能,但在392.15K附近体系的粘度会重新达到一个峰值,随后随温度进一步升高,粘度将继续下降;随着剪切速率提高,体系的剪切粘度总体会趋于下降,并且随着剪切时间的增长,体系的剪切粘度则趋于稳定。通过分子模拟的方法验证压裂液各组分的相互关系,分析相关因素对体系性能的影响,为开发出新的高效体系提供理论支撑。

关键词：环保压裂液分子模拟表面活性剂介观动力学分子动力学

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有序介孔材料的制备及其应用研究

有序介孔材料的制备及其应用研究

作者：罗劭娟华南理工大学

学位级别：硕士

随着现代工业的发展,环境问题的日益突显,传统的微孔材料由于较小的孔径及孔容,使其在涉及大分子的环境污染治理中受到了限制。近年来出现的介孔材料不仅具有孔道大小均一、结构排列整齐有序、孔径可以在20nm范围内连续调节等重要特征,... 详细信息

随着现代工业的发展,环境问题的日益突显,传统的微孔材料由于较小的孔径及孔容,使其在涉及大分子的环境污染治理中受到了限制。近年来出现的介孔材料不仅具有孔道大小均一、结构排列整齐有序、孔径可以在20nm范围内连续调节等重要特征,并且以其高的比表面积、较大的孔容使得这类材料在吸附、催化、药物缓释等涉及大分子的分离、反应领域具有广阔的应用前景而备受人们关注。目前在介孔材料研究领域,面临的主要挑战是来自生产实际的需要,现有的介孔材料还不能完全满足多数应用的要求,并且高质量的介孔材料的制备过程大多比较繁琐、能耗较大,同时由于其结构的复杂性,使其微细结构及形成机理尚不明确,进而影响其结构调控和构效关系预测。因此,开发介孔材料的简单绿色合成方法、揭示其微细结构及形成机理、预测其构效关系、拓展其应用领域等成为介孔材料研究领域的人们课题。鉴于此,本文选取几种典型的介孔材料,就其合成工艺、合成机理、改性及其在吸附、催化方面的应用进行深入研究,为这些介孔材料的实用化提供理论和技术基础。第一,本文采用P123(PEO20PPO70PEO20)为模板剂,TEOS为硅源试剂,在强酸性条件下制备合成出中微双孔分子筛SBA-15,考察模板剂与硅源的摩尔比、离子导向剂、水浴老化温度以及共溶剂N,N-二甲基酰胺(DMF)对中微双孔分子筛SBA-15的孔结构参数,介孔有序性以及形貌等方面的影响。通过优化合成条件,得到制备高质量的中微双孔分子筛SBA-15的最佳合成条件。随后,以Gaussian链的形式对三嵌段共聚物P123(PEO20PPO70PEO20)及正硅酸四乙酯(TEOS)进行粗粒化描述,采用介观动力学(MesoDyn)方法模拟了介孔分子筛SBA-15形成过程中模板剂P123与硅源试剂TEOS的协同自组装过程,探讨了P123/TEOS超分子聚集结构对于SBA-15独特的二维六方结构形成过程的影响;同时还通过向体系引入稳恒剪切力来代替实际搅拌外力,模拟再现了SBA-15分子筛的六角介观相的形成过程。借鉴微孔分子筛的研究经验,利用介观模拟方法揭示介孔分子筛的形成过程和机理是本文的创新之处。第二,本文采用微波辐射晶化法,利用沸石纳米粒子的自组装分两步合成出Beta-MCM-41型中微双孔分子筛,成功地将微孔沸石的初级和次级结构单元引入到介孔分子筛MCM-41的孔壁中,从而在MCM-41有限的孔壁空间中形成了部分微孔结构,且合成的Beta-MCM-41型分子筛具有较大的比表面积和孔容,且孔径均一。用微波法取代传统能耗大、时间长的水热法快速合成新型Beta-MCM-41中微双孔分子筛,也是本文的新意之处。随后,本文分别用Beta、MCM-41、SBA-15、Beta-MCM-41四种分子筛及γ-Al2O3作为载体,通过等体积浸渍法制备了含15%Mo、3%Co和3%Ni的催化剂,在间歇高压加热反应釜内初步考察了六种催化剂对含二苯并噻吩(DBT)的模拟油品的催化加氢脱硫的活性。通过绘制六种催化剂的反应动力学曲线,得出六种催化剂的催化活性大小为:Co-Mo-Ni-Beta-MCM-41> Co-Mo-Ni-MCM-41> Co-Mo-Ni-γ-Al2O3> Co-Mo-Ni-SBA-15>商业Co-Mo-Al2O3> Co-Mo-Ni-Beta。新型Beta-MCM-41中微双孔分子筛显示出较好的燃油加氢脱硫性能,且其加氢脱硫反应为一级动力学反应。第三,本文利用呋喃甲醇和蔗糖为碳源前驱体、以SBA-15为硬模板成功合成出了两种介孔碳CMK-5和CMK-3,并用过硫酸铵和硫酸的混合液对介孔碳CMK-5进行改性,得到具有与CMK-5相同的介孔六方相结构、但具有更强表面酸性的的介孔碳CMK-5-COOH;用三嵌段聚合物F127、正硅酸四乙酯TEOS和蔗糖在浓硫酸的催化作用下通过一步EISA自组装得到大孔径、大孔容和高比表面积的介孔碳FMC。测定三种染料分子在商业活性炭和上述四种介孔碳上的吸附等温线表明,三种染料分子在五种吸附剂上的吸附都属于优惠型吸附,且在介孔碳上的吸附均优于商业活性炭。羧基化的CMK-5-COOH对碱性染料的吸附能力得到进一步的提高,而用简单一步法自组装法合成的FMC对Acidic/azo类染料甲基橙有很好的吸附能力,约为商业活性炭的3.5倍。用蔗糖取代制作工艺繁杂的酚醛树脂醇溶液作为碳源前驱体,一步自组装合成介孔碳是亦是本文的新意之处。

关键词：介孔材料介观动力学微波合成 SBA-15 介孔碳

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PP/PA6共混体系的计算机模拟研究

PP/PA6共混体系的计算机模拟研究

作者：吴飞太原理工大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,计算机模拟作为一种重要的方法和手段,被广泛应用于材料的研究、设计和开发工作中,并且极大促进了材料相关领域的发展。为了从分子水平上研究PP(聚丙烯)、PA6(尼龙6)混合相容性,本文先运用MD分子动力学方法模拟研究了常... 详细信息

进入21世纪以来,计算机模拟作为一种重要的方法和手段,被广泛应用于材料的研究、设计和开发工作中,并且极大促进了材料相关领域的发展。为了从分子水平上研究PP(聚丙烯)、PA6(尼龙6)混合相容性,本文先运用MD分子动力学方法模拟研究了常温下(25℃)PP/PA6共混相容性;此外,还运用DPD耗散粒子动力学方法模拟了PP/PA6二元共混体系及含嵌段共聚物增容剂的PP/PA6/PP-b-PA6三元共混体系,获取了相关的介观形貌信息。MD与DPD模拟的有效衔接为聚合物共混与复合材料研究开辟了一个新途径。首先,运用MD方法模拟研究PP/PA6共混相容性。常温常压下分别对80PP/20PA6、60PP/40PA6、50PP/50PA6、40PP/60PA6和20PP/80PA6五种混合比的混合物进行了微观模拟研究,计算体系Flory-Huggins相互作用参数和C-C原子对径向分布函数。通过对比Flory-Huggins相互作用参数ABχ与临界作用参数Cχ值的大小,结果五组共混物ABχ值均大于Cχ值,表明这些混合体系均不相容。对比同类分子C-C原子对径向分布函数(PP-PP、PA6-PA6)与不同类分子C-C原子对径向分布函数(PP-PA6),也发现PP和PA6以上述五种比例混合难以相容。通过MD模拟研究了温度变化对PP、PA6共混相容性的影响,先运用Material Studio软件的Blend模块计算PP/PA6共混相图,对PP、PA6相容性做一个大概预测,然后计算五个混合比PP/PA6的Flory-Huggins相互作用参数随温度的变化趋势。结果表明常温下PP、PA6混合体系只有当PP(或PA6)含量非常少的情况下才会出现相容,而升高体系温度可以减小Flory-Huggins相互作用参数,促进体系相容。此外,MD模拟还研究了温度对PP、PA6分子链均方末端距和体系能量的影响。运用DPD模拟PP/PA6共混介观体系。首先计算了PP/PA6在90/10、80/20、70/30、60/40、50/50、40/60、30/70和10/90混合比下的介观相貌,发现PP/PA6介观形态在90/10、80/20和10/90混合模型中为球状液滴结构分布,在70/30和30/70混合模型中呈管束状结构分布,在60/40和40/60混合模型中呈层状结构分布,在50/50混合模型中呈双连续结构分布。研究对比不同混合比PP/PA6体系粒子沿X轴等密度图,通过粒子等密度图可以考察体系粒子的聚集情况。研究PP/PA6共混体系均方根末端距,发现PP、PA6均方根末端距大小与其相应含量成正比,这是由于某一组分增多会给其分子链留下更多的自由伸展空间,从而有利于分子链的扩散运动与解纠缠。为验证DPD模拟参数选择是否恰当,将DPD模拟得到的相图与相关文献SEM图对比,发现两者有较高的相似度。通过截取不同时间步长的相图分析PP/PA6共混的演变进程,发现不同混合比体系达到平衡所需要的时间步不同。本文模拟了温度变化对PP/PA6混合体系的影响,发现温度变化对混合体系介观相貌有一定影响,其次升高温度能提高珠子扩散系数和链的均方根末端距。研究剪切力场对PP/PA6共混性影响,模拟结果显示较小的剪切速率对介观形态的影响可忽略不计,当剪切速率继续增大时,介观相貌会沿剪切速率方向取向并发生变化,并最终形成管状束胶结构,从相关文献上也发现共混体系在剪切力下逐渐变成管状束胶结构。最后还通过DPD模拟发现体系珠子的均方根末端距和扩散系数会随着剪切速率的增大而增大,说明了提高剪切力有利于团聚体的破碎和迁移。运用DPD模拟研究含嵌段共聚物增容剂的PP/PA6/PP-b-PA6三元混合体系。首先比较了相同PP/PA6混合比的二元混合体系和含增容剂三元共混体系的介观等密度图和界面张力大小,发现三元共混体系界面出现凹凸不平的突起结构,且三元体系界面张力小于二元体系,说明加入增容剂确实起到促进PP/PA6相容的作用。其次,考察了PP-b-PA6添加量及链长对PP/PA6混合性效果的影响,发现加入少量PP-b-PA6能减少体系界面张力提升共混相容性,加入过量PP-b-PA6后界面张力由于PP、PA6相发生“溶胀”而增大,导致促进相容的效果不佳。最后还考察含增容剂三元混合体系界面性质,研究了增容剂添加量对界面厚度的影响。

关键词：分子动力学介观动力学聚合物共混嵌段聚合物增容剂共混性

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体相异质结太阳能电池形貌的模拟

体相异质结太阳能电池形貌的模拟

作者：薛军威苏州大学

学位级别：硕士

聚合物太阳能电池的光活性层的形貌是影响其性能的重要因素之一。目前最先进的优化制备工艺还是局限于试验-失败的实验研究方法。因为无法通过实验手段观测到溶液旋涂成膜时形貌的演变过程，从而阻碍了对不同工艺、体系变量对形貌的作... 详细信息

聚合物太阳能电池的光活性层的形貌是影响其性能的重要因素之一。目前最先进的优化制备工艺还是局限于试验-失败的实验研究方法。因为无法通过实验手段观测到溶液旋涂成膜时形貌的演变过程，从而阻碍了对不同工艺、体系变量对形貌的作用进行量化。首先，我们结合原子模拟和介观动力学模拟(Mesodyn)，成功地预测了体异质结聚合物太阳能电池的形貌和动态变化。模拟结果表明相分离程度随温度的提高而增加是热处理可以提高BHJ聚合物太阳能电池的能量转换效率主要原因。同时得出当PCBM的体积含量在0.3.5范围内，即重量百分含量在0.41.62范围内，体系才能形成理想的形貌。我们系统地改变χ值，预测了形貌，发现χ>1是体系成功相分离成有效形貌的必要条件。接着，我们又采用了耗散粒子动力学的模拟方法(DPD)，预测了基于溶液旋涂成膜过程、薄膜热处理以及对存在工艺添加剂条件下的形貌演变过程。模拟结果表明：随着溶剂的不断挥发，体系中聚合物与富勒烯分子之间的相分离程度不断增强;对两组分的混合物加热，可发生明显的相分离，这与原位电子透射电镜实验结果一致;添加剂在旋涂过程后期起着促使某一组分发生相聚集的作用，从而增加了相分离的程度。此外，一些影响形貌的参数也作了讨论，如热处理温度，组分混合比例，珠子间的Flory-Huggins相互作用参数。

关键词：聚合物太阳能电池形貌介观动力学耗散粒子动力学模拟

乙醇/水混合溶液中表面活性剂CTAB自组装特性的研究

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乙醇/水混合溶液中表面活性剂CTAB自组装特性的研究

作者：韩永才天津大学

学位级别：硕士

表面活性剂自组装形成胶束的特性在无机材料的仿生合成中起着关键性的作用，对其在复杂体系下的自组装特性进行研究具有重要意义。本文研究了乙醇／水混合溶液中表面活性剂的自组装特性。首先采用稳态荧光探针法和稳态荧光淬灭法研究... 详细信息

表面活性剂自组装形成胶束的特性在无机材料的仿生合成中起着关键性的作用，对其在复杂体系下的自组装特性进行研究具有重要意义。本文研究了乙醇／水混合溶液中表面活性剂的自组装特性。首先采用稳态荧光探针法和稳态荧光淬灭法研究了表面活性剂CTAB在乙醇／水混合溶液中的自组装特性，分别测定了表面活性剂 CTAB 在乙醇／水的混合溶液中临界胶束浓度（CMC）和胶束聚集数。研究表明，随着乙醇体积组成的增加，表面活性剂的 CMC 急剧增加，而胶束聚集数呈下降的趋势。其次，在 Nagarajan等人提出的表面活性剂水溶液中的自由能模型的基础上，构建了乙醇／水混合溶液中表面活性剂的自组装热力学模型，研究了表面活性剂在极性有机溶剂及其与水的二元混合溶剂的自组装特性。模拟计算了表面活性剂CTAB 在乙醇／水混合溶液中的 CMC、胶束聚集数、胶束生成自由能以及胶束尺寸分布等，并和实验数据进行了对比，发现此模型能够较为准确的对乙醇／水混合溶液中的表面活性剂的 CMC 和胶束聚集数进行预测计算。经模拟计算发现，随着混合溶液中乙醇组成的增加，表面活性剂聚集的主要驱动力——尾基转换自由能的绝对值减小，表面活性剂在乙醇中聚集而成胶束所需的能量减小。最后，采用介观动力学模拟方法，对不同乙醇组成的乙醇／水混合溶液中 CTAB的聚集特性进行了模拟。其聚集形态随表面活性剂浓度的增加历经球形→球棒共存→棒状→层状的转变过程。乙醇的加入，因其对表面活性剂的增溶和对胶束的结构破坏作用，使胶束不易形成，因而胶束形态的转变过程被延缓。

关键词：表面活性剂临界胶束浓度胶束聚集数 CTAB 介观动力学

甲基丙烯酸甲酯—丙烯酰胺杯芳烃聚合物膜的多尺度模拟

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甲基丙烯酸甲酯—丙烯酰胺杯芳烃聚合物膜的多尺度模拟

作者：陈维霞同济大学

学位级别：硕士

本文应用计算机模拟方法对甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酰胺杯芳烃组成的聚合物膜的质子传输机理进行研究,从三个尺度下(介观、微观和量子)重点考察了溶剂对聚合物膜的微观结构的影响以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)链长及构像对杯芳烃解离能... 详细信息

本文应用计算机模拟方法对甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酰胺杯芳烃组成的聚合物膜的质子传输机理进行研究,从三个尺度下(介观、微观和量子)重点考察了溶剂对聚合物膜的微观结构的影响以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)链长及构像对杯芳烃解离能的影响。主要研究内容和结果如下:构造了代表PMMA、丙烯酰胺杯芳烃以及溶剂的模型分子,建立了相应的化合物模型。确定了DPD计算的截止半径为0.76nm。通过计算各组分之间的内聚能,得到了Flory-Huggins相互作用参数和DPD计算所需的斥力参数。利用耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics,DPD)方法对这个体系进行了介观尺度模拟计算。得到了聚合物膜的介观结构图以及各组分的浓度分布曲线。考察了溶剂在聚合物膜中的分布情况。根据DPD所得到的浓度分布曲线,利用混合蒙特卡罗方法,映射得到了相应的聚合物膜的微观结构图。采用分子力学和分子动力学方法研究了微观结构下的溶剂的行为。通过聚合物膜的微观结构和径向分布函数分析了溶剂在体系中的存在形式,以及溶剂对膜的微观结构的影响。计算了溶剂在膜中的自扩散系数。结合介观尺度模拟的结果得到,氯仿主要聚集在杯芳烃得周围,并可能以簇的形式存在。随着溶剂含量的增加,形成的簇增大,在膜中形成了微通道。自扩散系数随着溶剂含量的增多而变大。应用密度泛函法(DFT)和半经验的量子计算方方法(VAMP)计算了聚合物分子中杯芳烃上羟基的解离能,DFT方法中选用了PBE交换相关势能和DNP基组对4个MMA以下的聚合物体系进行计算。半经验方法选用了AM1,PM3,AM1*对相同的体系进行了优化,通过对比两种方法计算出的解离能,得出PM3计算结果与DFT得到的结果最接近。因此选用PM3方法对PMMA链长超过4个小于8个的聚合物体系分别进行了计算。计算结果表明,PMMA的链长对丙烯酰胺杯芳烃的解离能有一定的影响,但是这种影响随着PMMA链长增加而减弱,当链长达到8个时,影响不再明显。同时PMMA的构像对丙烯酰胺杯芳烃的解离能也有一定的影响。

关键词：多尺度方法分子动力学介观动力学量子力学杯芳烃衍生物

表面活性剂泊洛沙姆188临界胶束浓度的模拟计算

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世界科学技术-中医药现代化 2008年第5期10卷 126-129页

作者：徐姗姗史新元艾路乔延江首都医科大学北京100069 北京中医药大学中药信息工程中心北京100102

建立了一种介观模拟计算表面活性剂临界胶束浓度(CMC)的方法。以非离子表面活性剂泊洛沙姆188为研究对象,计算了其在298K下的临界胶束浓度(CMC),分析了泊洛沙姆188在水中相行为和有序参数的变化,为表面活性剂增溶作用的研究提供了基础。

关键词：介观动力学临界胶束浓度泊洛沙姆188