两嵌段共聚物在本体中自组装的耗散粒子动力学模拟研究

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)方法研究了线形两嵌段共聚物在本体中的自组装。通过改变两嵌段共聚物之间的比例、相互作用参数以及盒子的大小来研究对自组装结构的影响。这些模拟结果不仅与理论预测和实验结果相一致,而且证明了耗散粒子动力学方法是一种非常适合研究嵌段共聚物自组装行为的重要方法。     

星形两嵌段共聚高分子薄膜微相分离的耗散粒子动力学模拟

 利用耗散粒子动力学模拟研究两类典型的星形两嵌段共聚高分子薄膜的微相分离行为,观察到一系列有序结构,并获得相应的相图.结果表明：(A_x)₄(B_y)₄体系的相图比(A_xB_y)₄体系具有更明显的对称性,且前者比后者更易发生相分离,这与体相中的情况相近,而同等条件下,后者比前者更易形成岛状结构;组成相同的星形共聚高分子体系在体相与薄膜中所形成的介观结构之间存在对应关系,且一维受限能够使得该体系所形成的微相分离结构更为多样化;较小的薄膜厚度与较强的A-B组分间的排斥作用均有利于增强所形成结构的有序性.     

金纳米粒子在聚合物微球上的自组装

本文在不添加任何稳定剂的情况下利用蒸馏沉淀聚合法,合成了表面带有大量活性羟基的聚合物微球。所得到的微球通过丙烯酰氯酯化其表面的羟基引入碳碳双键,然后在pH=10-11的条件下在双键加成硫化氢从而成功制备了单分散的表面带疏基的聚合物微球。利用疏基和Au之间强的相互作用,将金纳米粒子自组装与微球表面。     

高分子液滴碰撞的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟了剪切流中两个变形的高分子液滴相互碰撞过程.高分子液滴由多根有限拉伸非线性弹性珠簧链(FENE链)构成.研究了碰撞分离和碰撞聚合两种情形.讨论了由于剪切流导致的液滴自扩散现象.除了Ca与粘性比之外,液滴之间的界面张力系数对于两个液滴碰撞后聚合或者分离过程有重要的影响.当液滴之间存在界面张力,一定条件下可形成复合液滴.剪切流条件下,组成复合液滴的两个子液滴会出现相互翻滚现象.     

耗散粒子动力学在流动数值模拟中的应用

对耗散粒子动力学方法在流动问题中的应用进行了理论及数值研究，给出了耗散流体粒子运动的控制方程组、边界条件、数值方法及随机数据统计方法等．提出用固壁粒子层结合流体粒子反弹运动的方法来处理固壁边界有滑移流动边界条件，有效地消除了目前耗散粒子动力学及分子动力学模型在固壁附近的粒子密度波动问题．利用该方法编程计算了2类流动问题：方腔驱动流动与泊肃叶流动，计算结果与现有的理论及数值结果比较吻合，验证了所采用的数学模型、计算方法在流动数值模拟中的可行性及潜在优势．     

微通道中液滴的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学（DPD）对三维微通道中的液滴动力学进行了研究．通过提高两种流体之间的保守力系数获得不互溶的两种流体,并分析了相应的Flory—Huggins模型中的X参数．DPD计算所获得的表面张力与Groot等给出的理论公式相符合．计算采用消息传递并行计算技术（MPI）,计算过程模拟了高分子液滴穿过突扩突缩通道时的形态变化．计算结果表明,不同尺寸的高分子液滴穿过微通道所需要的时间不同,随着液滴直径与通道高度比值的增加,所需时间单调上升,但上升的趋势逐渐减缓．     

纳米流体液滴的耗散粒子动力学模拟

采用在介观尺度下适用的耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对考虑静电力作用的纳米流体系统进行建模, 研究了在纳米颗粒带电量和浓度影响下纳米流体液滴接触角的变化. 通过对实验过程进行的数值模拟, 得到了定性相同的结果.     

耗散粒子动力学的发展与应用简述

耗散粒子动力学作为一种介观尺度的模拟方法已经形成了自己的体系,由于在模拟复杂流体方面的优势,一直受到国内外学者的关注,因此简述耗散粒子动力学的发展与应用是有一定必要性的,文章首先介绍耗散粒子动力学（dissipative paticle dynamics,DPD）的发展以及耗散粒子动力学的提出、理论模型、积分方法等,接着简述耗散粒子动力学在各领域的应用.最后总结DPD的发展与应用概况.     

聚合物微球粒子的自组装制备

采用溶剂置换自组装方法使用聚苯乙烯和聚苯乙烯-嵌段-异戊二烯制备了两种表面结构不同的聚合物微球粒子.SEM和TEM结果表明,采用聚苯乙烯为原料得到了表面光滑的微球,采用嵌段共聚物得到了表面具有波纹结构的微球,表明这种自组装过程是一种高度有秩序的单层分子排列过程.     

蝌蚪型嵌段共聚物的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟方法研究了二维蝌蚪型嵌段共聚物的微观相分离,得到了相形貌与蝌蚪型嵌段共聚物尺寸的依赖关系．通过计算结构因子,对相图的结构进行了分析．模拟结果揭示了本体中影响蝌蚪型嵌段共聚物微观相分离的主要因素．     

聚丙烯/聚苯乙烯共混体系相态结构的耗散粒子动力学模拟

通过计算Flory-Huggins相互作用参数,采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法对聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)共混体系的相态结构进行研究.结果表明,共混体系温度越高,剪切速率越大,则分散相的分散性越好,颗粒尺寸越小.通过对分散相聚并过程的观察,发现剪切过程又能诱导聚并发生.另外,随着PS相对分子质量的增加,PS相的黏度增加,造成PP和PS黏度比变大,分散相尺寸差异变大.     

方形通道内流体流动的耗散粒子动力学并行计算

利用耗散粒子动力学(DPD)对方形通道内流体流动进行了模拟.通道壁面由3层粒子组成.在壁面附近实施了无滑移边界条件,在流动方向实施了周期性边界条件.计算中对每一颗粒子施加重力,从而驱动整个流体流动.计算结果表明,流体充分发展的速度分布与基于N-S方程的数值模拟结果一致.并行计算结果表明,DPD很适合于并行计算.与每个节点所处理的总的粒子数目相比,只有少数粒子参与通信,因此能够获得较高的并行效率.当节点数目为18时,并行效率仍然在80%以上.     

三嵌段共聚物自组装结构的分子调控

 利用耗散粒子动力学方法研究三嵌段共聚物的链构型对其在本体中自组装行为产生的影响. 通过系统调节共聚物的链构型, 得到了形态各异的嵌段共聚物相态结构, 如规则层状结构、 小尺寸相区无规堆积结构以及扭曲阶梯状结构等. 为使体系总的自由能降低, 不同链构型的嵌段共聚物会自发产生各种有序相态结构.     

实验及模拟研究两性疏水缔合聚合物增黏机理

两性疏水缔合水溶性聚合物具有良好的耐温、耐盐、耐剪切性能,在三次采油、酸化压裂等领域具有较大的应用潜力。室内合成了一种新型两性疏水缔合水溶性聚合物,分别研究了其水溶液在不同浓度、剪切和温度条件下的黏度变化情况。同时,利用耗散粒子动力学模拟(DPD)方法对其水溶液在不同浓度、剪切和温度条件下的水珠子扩散速率和疏水缔合聚合物的自组装结构进行了模拟研究。实验和模拟结果基本一致,利用耗散粒子动力学方法进一步证明了两性疏水缔合聚合物在水溶液的增黏机理和微观自组装结构。     

凹陷状胶体粒子的自组装

凹陷状胶体粒子的自组装具有独特的方向性和形状识别性,是最近几年自组装研究的热点问题之一.由于缺乏合适的实验模型系统,至今为止,大部分研究都是以计算机模拟为主.为了从实验上研究凹陷状胶体粒子的自组装现象,本文首次采用分散聚合的方法,设计并成功合成了两种单分散性的、具有不同数目凹陷的胶体粒子:单凹陷粒子和多凹陷粒子.通过扫描电镜和光学显微镜对合成的凹陷粒子的形貌、大小进行分析,结果表明所得到的凹陷粒子为大小均一的微米级胶体粒子,表面光滑,在水溶液中能稳定分散,适合利用光学显微镜直观研究胶体凹陷粒子自组装.本文考察了单凹陷胶体粒子的方向性聚集组装和多凹陷粒子的特定识别性自组装现象.我们研究发现,在交变电场中,单凹陷粒子倾向于侧向移动,容易定向自组装成线性结构,使得该粒子在模拟碗状粒子凝聚态物理结构方面具有潜在的应用.另外,本文以多凹陷胶体粒子为"锁",聚苯乙烯圆球为"钥匙",研究了多凹陷粒子与圆球粒子的"锁-钥"自组装现象,展现了圆球粒子与凹陷粒子之间丰富的"锁-钥"自组装可能性,并初步探讨了其形成机制.     

耗散粒子动力学平衡并行算法的实现

提出了一种耗散粒子动力学（DPD）的平衡并行（BPDPD）算法,解决了传统DPD程序计算时间过长的问题。通过动态的划分模拟空间实现了节点间的负载均衡,并且运用子节点数据本地重建机制有效减少了节点通信的数据量。对锚定蛋白质的聚集做了模拟,实验结果显示,该算法有效的减少DPD模拟的时间,并在10节点的集群上得到了6.3的加速比。     

耗散粒子动力学中Lees-Edwards边界条件的实施

结合元胞分割法以及改进的velocity-Verlet算法讨论了Lees-Edwards边界条件在耗散粒子动力学中的实施,并将模拟结果与前人的工作进行了对比分析.所得到的速度、密度、温度、压力以及应力分布等与预期一致,尤其当耗散力系数γ提高到100时,系统中的各参数分布仍然是均匀的.表明高耗散率条件下,在耗散粒子动力学中应用Lees-Edwards边界条件仍然有效,笔者提出了与文献[21]不一致的观点.     

纳米粒子嫁接嵌段共聚物体系的自组装模拟研究

基于非格点模型,结合自洽场理论中的能量表达式,运用蒙特卡洛模拟方法对嫁接有嵌段共聚物的纳米粒子进行自组装模拟研究。每一个纳米粒子表面上嫁接有多条相同性质的AB嵌段共聚物,其中组分之间存在一定的相互作用。通过改变组分之间的相互作用来对纳米粒子-嵌段共聚物体系的自组装结构进行研究。通过模拟发现:当一个纳米粒子-嵌段共聚物体系只存在A-B组分相互排斥作用时,其纳米粒子-嵌段共聚物中的A组分与B组分相分离,若同时还存在A-A(B-B)组分相互吸引作用时,其A-A(B-B)组分会相融合。同时还发现随着纳米粒子表面上的嵌段共聚物数量的减少,其嵌段共聚物黏附在纳米粒子表面的现象越明显。还研究了两个纳米粒子-嵌段共聚物体系的自组装模拟,并对其体系受两个纳米粒子之间距离的影响进行了研究。通过上述研究模拟发现,纳米粒子-嵌段共聚物的相结构以及其"最适"稳定态受组分之间的相互作用势和纳米粒子之间的距离的影响。     

耗散粒子动力学中固壁模型对纳米颗粒吸附模拟的影响

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法是模拟介观流动的有力工具. 模拟中常用的FCC (face centered cubic) 固壁模型会在壁面附近产生虚假的流体密度波动. 作为纳米颗粒吸附问题的关键区域, 这个现象不可忽略. 采用随机壁面模型模拟纳米颗粒吸附问题, 并就壁面附近液体密度分布和纳米颗粒吸附的模拟与传统的FCC 壁面模型进行了比较.     

基于氢键自组装的新型偶氮树枝状聚合物的制备及表征

首先采用4-氨基苯甲酸乙酯和MPEG-1000为原料,分别通过重氮化、醚化和水解反应合成了偶氮苯单体MPEG-1000-Azo-COOH;然后以3,4,5-三羟基苯甲酸甲酯和4-羟基吡啶为原料,通过醚化、水解和酯化反应制备了单体3,4,5-三-(n-十二烷氧基)苯甲酸-4-吡啶酯;最后将单体MPEG-1000-Azo-COOH和单体3,4,5-三-(n-十二烷氧基)苯甲酸-4-吡啶酯按摩尔比1:1进行氢键自组装,得到了目标聚合物.采用1H NMR、DSC、POM等对各单体和自组装产物的化学结构和相结构进行了表征.实验结果表明:通过多步化学反应成功制备了高纯度的目标单体和聚合物;通过氢键自组装获得的目标树枝状聚合物表现出更为丰富的相结构.