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数形结合讲解高分子溶液的相分离

高分子通报 2024年第1期37卷 133-136页

作者：范吉昌郭福全乔玉辉胡鹏飞洛阳理工学院材料科学与工程学院洛阳471023

高分子溶液的相分离是高分子物理学习的难点之一。本文推导了高分子溶液发生相分离后混合自由能的变化,应用数学中凸凹函数的图像性质,通过数形结合的方式对高分子溶液的相分离一节进行讲解,绝大多数同学都能很好地理解,取得了较好的教... 详细信息

高分子溶液的相分离是高分子物理学习的难点之一。本文推导了高分子溶液发生相分离后混合自由能的变化,应用数学中凸凹函数的图像性质,通过数形结合的方式对高分子溶液的相分离一节进行讲解,绝大多数同学都能很好地理解,取得了较好的教学效果。

关键词：高分子物理高分子溶液相分离

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高分子溶液特性粘度测定的新方法

化学学报 2007年第9期65卷 853-859页

作者：梁燕吕桂琴张军杨帆吴雪梅单永奎华东师范大学化学系上海200062 北京理工大学理学院北京100081 香港科技大学生物化学系

提出了一个新的一点法测定高分子溶液的特性粘度的经验公式,并根据文献的一些数据将该公式和常用的程镕时公式进行了比较研究.结果表明,该公式具有比程氏公式更高的准确性和广谱性,还有简单易于操作的优点.

关键词：特性粘度一点法高分子高分子溶液粘度测定

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高分子溶液θ状态的动力学性质的分子模拟

高分子溶液θ状态的动力学性质的分子模拟

作者：刘一岑苏州大学

学位级别：硕士

如何用动力学性质定义高分子溶液的θ状态是高分子物理中的一个尚未解决的问题。我们运用耗散粒子动力学模拟的方法研究了高分子稀溶液的动力学行为。我们发现,由于高分子的内蕴运动(internal motion)较强,短链高分子(N～100)的均方回... 详细信息

如何用动力学性质定义高分子溶液的θ状态是高分子物理中的一个尚未解决的问题。我们运用耗散粒子动力学模拟的方法研究了高分子稀溶液的动力学行为。我们发现,由于高分子的内蕴运动(internal motion)较强,短链高分子(N～100)的均方回旋半径涨落较大。因此,用传统的均方回旋半径的方法去确定θ状态是不可行的。研究结果显示用动态结构因子可以很好的描述高分子稀溶液的θ状态的动力学行为。我们发现了几种与高分子链间的内蕴运动相关的谱模式(spectral mode)。在θ点的附近,所有谱密度ω>1(ns)-1的快速模式将消失,只剩下ω≈0.66(ns)-1的慢速的模式;并且该慢速模式的谱密度在θ点附近达到最大值。我们认为,在达到θ点时,高分子链构象只通过慢速模式达到最可几分布(most probable distribution)。这些结果可以从动力学上赋予θ点新的定义。

关键词：高分子溶液线球转变 θ点耗散粒子动力学模拟动态结构因子

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高分子溶液中胶粒行为的计算机模拟

高分子溶液中胶粒行为的计算机模拟

作者：吴婷婷广西师范大学

学位级别：硕士

以高分子溶液、熔体为代表的软物质展现出复杂的流变行为,如剪切变稀、挤出膨胀等。很多应用体系,如涂料、染料、纳米增强复合材料、微流体等,是胶体粒子分散在高分子溶液中形成的复合体系。胶体/高分子复合体系能够呈现单一组分所不具... 详细信息

以高分子溶液、熔体为代表的软物质展现出复杂的流变行为,如剪切变稀、挤出膨胀等。很多应用体系,如涂料、染料、纳米增强复合材料、微流体等,是胶体粒子分散在高分子溶液中形成的复合体系。胶体/高分子复合体系能够呈现单一组分所不具备的性质:一方面,胶体粒子的添加使得高分子溶液的流变行为更为复杂;另一方面,胶体粒子在黏弹性的高分子溶液中呈现牛顿流体所没有的流变行为,如流致迁移、流致组装。高分子溶液的性质、粒子间的相对运动、高分子与胶体的相互作用、流体力学相互作用等对材料的性能均有影响。相应的研究对功能材料的设计和生产工艺的调控等具有重要的应用价值。本论文主要关注的是溶剂的黏弹性对胶体粒子行为的影响。已有研究表明,黏弹性溶剂的剪切变稀、非零的法向应力差等特性对胶体的行为有着重要的影响,但是在分子水平上的认识远远不够。胶粒/高分子复合体系中,不同组分的大小和松弛时间差异明显,流体力学作用扮演着重要的作用。这决定了传统的模拟方法,如分子动力学模拟、蒙特卡洛模拟等并不适合。本文选用的是多粒子碰撞动力学模拟(Multiple Particles Collision Dynamics,MPC)。这是一种粗粒化的分子模拟方法,算法中包含流体力学相互作用和热涨落,被广泛地应用于软物质的研究。本文在MPC模拟中构建了黏弹性溶剂,并研究了胶体在其中的运动,主要考察了溶剂的黏弹性对胶体粒子的影响。胶体粒子对高分子性质的影响以及复合体系整体性质不是本文的研究内容。主要内容如下:第二章主要介绍MPC模拟方法。首先介绍MPC模拟的基本原理以及两种常见碰撞算法——随机旋转动力学算法(Stochastic rotation dynamic,SRD)和安德森热浴算法(Anderson thermal state,AT)。其次介绍了通过与分子动力学耦合的方法在MPC流体中引入溶质。另外还讨论了MPC模拟的一些技术细节,如边界条件,流场的引入等。第三章主要利用MPC研究黏弹性溶剂的流变行为。将MPC粒子通过势能两两结合形成哑铃,即可得到最简单的黏弹性溶剂。我们分别研究谐振子哑铃和FENE哑铃的流变行为,考察哑铃的伸长、取向和黏度等性质。结果表明,谐振子哑铃无剪切变稀行为;而FENE具有剪切变稀特性,在作为黏弹性溶剂模型方面更具有优势。第四章探讨简单剪切场中胶体粒子在黏弹性溶剂中的行为。我们用FENE哑铃模拟黏弹性溶剂,用珠簧链模型模拟胶粒。我们主要研究胶体粒子的旋转速度,发现胶粒在牛顿流体中的转动速度是剪切速率的一半;在黏弹性溶剂中,胶粒的转动速度下降。第五章对胶体粒子在温度场中的运动进行研究。我们首先介绍在周期边界和硬墙边界下的温度场引入方式。随后在硬墙边界条件下的温度梯度场中,分别考察胶粒在牛顿流体和黏弹流体中的运动行为以及温度对黏弹溶剂的影响。模拟发现温度正向影响哑铃键长;温度场下胶粒朝低温区定向运动的同时伴随着布朗运动;流体的黏弹性使热泳迁移率降低。

关键词：多粒子碰撞动力学胶粒高分子溶液黏弹性溶剂分子模拟

纳米粒子在亚浓高分子溶液中的扩散：多粒子碰撞动力学

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Chinese Journal of Chemical Physics 2016年第5期29卷 549-556,I0001页

作者：李树贤江慧军侯中怀中国科学技术大学化学物理系合肥230026 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹) 合肥230026

采用混合型介观多粒子碰撞动力学方法研究浸没在亚浓高分子溶液中的纳米粒子的扩散问题。集中于探究高分子浓度和高分子片段间的长程流体力学效应对于纳米粒子扩散行为的影响。通过大量的计算机仿真模拟，发现纳米粒子扩散系数D随高分... 详细信息

采用混合型介观多粒子碰撞动力学方法研究浸没在亚浓高分子溶液中的纳米粒子的扩散问题。集中于探究高分子浓度和高分子片段间的长程流体力学效应对于纳米粒子扩散行为的影响。通过大量的计算机仿真模拟，发现纳米粒子扩散系数D随高分子浓度c变化满足Phillies公式D^exp（-αcδ），其中标度指数δ≈0.97和实验文献中报道结果一致。增加纳米粒子尺寸时，标度之前因子α单调增加，但标度指数δ基本保持固定。研究了在没有流体力学相互作用时纳米粒子扩散行为，发现纳米粒子的迁移速率减慢而标度指数也明显不同于实验发现，表明流体力学效应在纳米粒子在亚浓高分子溶液中的扩散问题起到了非常重要的作用.

关键词：纳米粒子高分子溶液多粒子碰撞动力学

高分子溶液壁湍流减阻机理的TRPIV实验研究

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实验力学 2013年第4期28卷 422-430页

作者：蒋营营管新蕾姜楠天津大学力学系天津300072 天津市现代工程力学重点实验室天津300072 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100090 南开大学天津大学刘徽应用数学中心天津300072

利用高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV)对回流式水槽中低浓度高分子溶液壁湍流的减阻机理进行实验研究。通过对比分析高分子溶液和纯水平板湍流边界层在相同来流速度下的平均速度剖面、湍流强度和雷诺应力,发现高分子溶液的壁面摩擦... 详细信息

利用高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV)对回流式水槽中低浓度高分子溶液壁湍流的减阻机理进行实验研究。通过对比分析高分子溶液和纯水平板湍流边界层在相同来流速度下的平均速度剖面、湍流强度和雷诺应力,发现高分子溶液的壁面摩擦阻力减小了21.77%,并且其缓冲层增厚,按对数律外移,雷诺应力减小;高分子聚合物主要在近壁区起到抑制湍流脉动的作用,而在主流区的作用不太明显。用流向局部平均多尺度速度结构函数和相干结构条件采样方法,检测并对比了高分子溶液和水的壁湍流相干结构"喷射"和"扫掠"事件中的脉动速度、展向涡量、雷诺应力等物理量的二维拓扑形态,发现高分子溶液近壁区相干结构在猝发时的脉动速度减小,涡量受到抑制,雷诺应力明显减小,说明高分子溶液湍流近壁区相干结构"喷射"和"扫掠"的强度变弱,猝发频率降低,动量和能量的输运减弱,揭示出高分子溶液减阻的重要机理。

关键词：高分子溶液减阻高时间分辨率粒子图像测速壁湍流相干结构

高分子溶液壁湍流减阻机理的TRPIV实验研究

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高分子溶液壁湍流减阻机理的TRPIV实验研究

作者：蒋营营天津大学

学位级别：硕士

采用高时间分辨率粒子图像测速技术（TRPIV）对回流式水槽中低浓度高分子聚合物溶液的减阻机理进行实验研究。通过对自由来流速度分别为0.125m/s、0.145m/s、0.180m/s时的高分子溶液和纯水的平板湍流边界层速度矢量场的时间序列及其统... 详细信息

采用高时间分辨率粒子图像测速技术（TRPIV）对回流式水槽中低浓度高分子聚合物溶液的减阻机理进行实验研究。通过对自由来流速度分别为0.125m/s、0.145m/s、0.180m/s时的高分子溶液和纯水的平板湍流边界层速度矢量场的时间序列及其统计量的分析，讨论了加入高分子聚合物对溶液平均速度剖面，雷诺应力及湍流强度的影响。用流向速度分量的多尺度空间局部平均速度结构函数、条件采样和相位平均技术提取壁湍流多尺度相干结构在喷射和扫掠阶段的脉动速度、速度变形率、雷诺应力、涡量等物理量的二维拓扑形态。结果表明，在相同的来流速度情况下，高分子溶液的壁面摩擦阻力减小，对比高分子溶液在三个流速下的减阻率，发现随着流速增大（雷诺数增大），高分子溶液的减阻率增大，由13.56%增大到29.67%;与纯水相比，高分子溶液的缓冲层增厚，对数律外移，相同法向位置处的湍流强度和雷诺应力减小。对比高分子溶液和纯水壁湍流相干结构在喷射和扫掠阶段的脉动速度、速度梯度、速度变形率、展向涡量等物理量的二维拓扑形态，高分子聚合物的加入没有改变溶液的拓扑形态，而是减小了相干结构相应物理量的大小。对比分析高分子溶液壁湍流相干结构在喷射和扫掠阶段的影响知道，高分子溶液中相干结构扫掠事件受到的影响最大，抑制高速流体冲向壁面，湍流猝发频率减弱。所以，高分子溶液抑制了湍流相干结构的猝发，削弱了湍流输运，从而揭示出高分子溶液减阻的重要的内在机制。

关键词：高时间分辨率粒子图像测速技术（TRPIV）减阻高分子溶液壁湍流相干结构速度变形率雷诺应力涡量

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高分子溶液表面张力的测定、关联与预测

华东理工大学学报（自然科学版） 2006年第9期32卷 1076-1080页

作者：李明宇王昭过筱文戎宗明华东理工大学化学系上海200237

采用吊环法测定了聚二甲基硅氧烷(PDM S,1 000 mm2/s)在甲苯、环己烷、丁酮以及环己烷和丁酮混合溶剂中的表面张力随浓度的变化关系。在P rigog ine-D efay模型的基础上,引入了高分子链节有效浓度的概念,获得了相应的计算高分子溶液表... 详细信息

采用吊环法测定了聚二甲基硅氧烷(PDM S,1 000 mm2/s)在甲苯、环己烷、丁酮以及环己烷和丁酮混合溶剂中的表面张力随浓度的变化关系。在P rigog ine-D efay模型的基础上,引入了高分子链节有效浓度的概念,获得了相应的计算高分子溶液表面张力的改进模型,该改进模型对实验数据关联的平均相对误差为0.59%;对PDM S(1 000 mm2/s)在丁酮-环己烷混合溶剂体系的表面张力预测的平均相对误差为0.44%。

关键词：表面张力混合溶剂高分子溶液预测

高分子溶液黏度对表面活性剂表面张力的影响研究

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化学与生物工程 2020年第10期37卷 35-39页

作者：吴涛王志龙长江大学化学与环境工程学院湖北荆州434000

为了揭示高分子溶液黏度对表面活性剂表面张力的影响程度及规律,利用全自动张力仪,通过Wilhelmy吊片法测定了4种表面活性剂(SDS、SDBS、油酸钠、OP-10)水溶液的临界胶束浓度以及加入不同黏度高分子(羧甲基纤维素、多元醇聚合物)溶液前... 详细信息

为了揭示高分子溶液黏度对表面活性剂表面张力的影响程度及规律,利用全自动张力仪,通过Wilhelmy吊片法测定了4种表面活性剂(SDS、SDBS、油酸钠、OP-10)水溶液的临界胶束浓度以及加入不同黏度高分子(羧甲基纤维素、多元醇聚合物)溶液前后的表面张力。结果表明:加入不同黏度高分子溶液后,4种表面活性剂的临界胶束浓度并没有发生变化,但临界胶束浓度对应的表面张力均有小幅提升,且高分子溶液黏度对表面活性剂表面张力的影响在一定范围内与黏度并无明显的线性关系;在加入黏度为14 mPa·s的羧甲基纤维素溶液后,SDS、SDBS、油酸钠、OP-10在临界胶束浓度对应的表面张力分别为36.60 mN·m^-1、40.06 mN·m^-1、54.30 mN·m^-1、44.05 mN·m^-1。

关键词：高分子溶液黏度表面活性剂表面张力临界胶束浓度(CMC)