甲基丙烯酸甲酯-丙烯酰胺杯芳烴聚合物膜的多尺度模擬.pdf

1、本文應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬方法對(duì)甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酰胺杯芳烴組成的聚合物膜的質(zhì)子傳輸機(jī)理進(jìn)行研究，從三個(gè)尺度下(介觀、微觀和量子)重點(diǎn)考察了溶劑對(duì)聚合物膜的微觀結(jié)構(gòu)的影響以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)鏈長(zhǎng)及構(gòu)像對(duì)杯芳烴解離能的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： 構(gòu)造了代表PMMA、丙烯酰胺杯芳烴以及溶劑的模型分子，建立了相應(yīng)的化合物模型。確定了DPD計(jì)算的截止半徑為0.76mm。通過計(jì)算各組分之間的內(nèi)聚能，得到了Flory．H

2、uggins相互作用參數(shù)和DPD計(jì)算所需的斥力參數(shù)。利用耗散粒子動(dòng)力學(xué)(Dissipative Particle Dynamics，DPD)方法對(duì)這個(gè)體系進(jìn)行了介觀尺度模擬計(jì)算。得到了聚合物膜的介觀結(jié)構(gòu)圖以及各組分的濃度分布曲線?？疾炝巳軇┰诰酆衔锬ぶ械姆植记闆r。 根據(jù)DPD所得到的濃度分布曲線，利用混合蒙特卡羅方法，映射得到了相應(yīng)的聚合物膜的微觀結(jié)構(gòu)圖。采用分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)方法研究了微觀結(jié)構(gòu)下的溶劑的行為。通過聚合物膜的微

3、觀結(jié)構(gòu)和徑向分布函數(shù)分析了溶劑在體系中的存在形式，以及溶劑對(duì)膜的微觀結(jié)構(gòu)的影響。計(jì)算了溶劑在膜中的自擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)合介觀尺度模擬的結(jié)果得到，氯仿主要聚集在杯芳烴得周圍，并可能以簇的形式存在。隨著溶劑含量的增加，形成的簇增大，在膜中形成了微通道。自擴(kuò)散系數(shù)隨著溶劑含量的增多而變大。 應(yīng)用密度泛函法(DFT)和半經(jīng)驗(yàn)的量子計(jì)算方方法(VAMP)計(jì)算了聚合物分子中杯芳烴上羥基的解離能，DFT方法中選用了PBE交換相關(guān)勢(shì)能和DNP基組對(duì)4

4、個(gè)MMA以下的聚合物體系進(jìn)行計(jì)算。半經(jīng)驗(yàn)方法選用了AMl，PM3，AMl·對(duì)相同的體系進(jìn)行了優(yōu)化，通過對(duì)比兩種方法計(jì)算出的解離能，得出PM3計(jì)算結(jié)果與DFT得到的結(jié)果最接近。因此選用PM3方法對(duì)PMMA鏈長(zhǎng)超過4個(gè)小于8個(gè)的聚合物體系分別進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，PMMA的鏈長(zhǎng)對(duì)丙烯酰胺杯芳烴的解離能有一定的影響，但是這種影響隨著PMMA鏈長(zhǎng)增加而減弱，當(dāng)鏈長(zhǎng)達(dá)到8個(gè)時(shí)，影響不再明顯。同時(shí)PMMA的構(gòu)像對(duì)丙烯酰胺杯芳烴的解離能也有一定的