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、本文應用計算機模擬方法對甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酰胺杯芳烴組成的聚合物膜的質(zhì)子傳輸機理進行研究，從三個尺度下(介觀、微觀和量子)重點考察了溶劑對聚合物膜的微觀結(jié)構(gòu)的影響以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)鏈長及構(gòu)像對杯芳烴解離能的影響。主要研究內(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，建立了相應的化合物模型。確定了DPD計算的截止半徑為0.76mm。通過計算各組分之間的內(nèi)聚能，得到了Flory．H

2、uggins相互作用參數(shù)和DPD計算所需的斥力參數(shù)。利用耗散粒子動力學(Dissipative Particle Dynamics，DPD)方法對這個體系進行了介觀尺度模擬計算。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。考察了溶劑在聚合物膜中的分布情況。 根據(jù)DPD所得到的濃度分布曲線，利用混合蒙特卡羅方法，映射得到了相應的聚合物膜的微觀結(jié)構(gòu)圖。采用分子力學和分子動力學方法研究了微觀結(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，以及溶劑對膜的微觀結(jié)構(gòu)的影響。計算了溶劑在膜中的自擴散系數(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。自擴散系數(shù)隨著溶劑含量的增多而變大。 應用密度泛函法(DFT)和半經(jīng)驗的量子計算方方法(VAMP)計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交換相關勢能和DNP基組對4

4、個MMA以下的聚合物體系進行計算。半經(jīng)驗方法選用了AMl，PM3，AMl·對相同的體系進行了優(yōu)化，通過對比兩種方法計算出的解離能，得出PM3計算結(jié)果與DFT得到的結(jié)果最接近。因此選用PM3方法對PMMA鏈長超過4個小于8個的聚合物體系分別進行了計算。計算結(jié)果表明，PMMA的鏈長對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鏈長增加而減弱，當鏈長達到8個時，影響不再明顯。同時PMMA的構(gòu)像對丙烯酰胺杯芳烴的解離能也有一定的