学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

长程和受限作用对高分子构象和形态的影响

作　者: 许汇
导　师: 张红东
学　校: 复旦大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚电解质 Monte Carlo模拟 Ewald加和两嵌段共聚物 TDGL方程闭合球壳
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 20次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

聚电解质主链上带有可以电离的带电基团,在极性溶剂中可以发生电离,主链上带有电荷,并释放出被称为反离子的带相反电荷的小分子离子。由于聚电解质相比电中性的高分子来说多了静电相互作用这一长程作用的影响,聚电解质在溶液中相比电中性的高分子来说会表现出更为复杂的构象行为,其溶液的粘性、压强等物理性质也会发生明显变化。正因为聚电解质这样区别于一般高分子的性质以及随之而来的在能源、生物、环保等领域的应用,吸引了众多研究者的关注。对聚电解质性质的研究最早可以追溯到上个世纪40年代,现在仍然是一大研究热点。而作为影响高分子形态的另一个因素,空间受限条件下高分子的形态行为也是研究者关注的热点之一。嵌段共聚物由于其嵌段之间的混合熵一般情况下很小,多形成热力学不相容体系,发生相分离。相分离行为不仅和相互作用参数z嵌段各组分的比例有关,也和高分子链所受到的空间限制限制有关。相比一般的平直空间内的受限条件,弯曲空间内高分子还要受到曲率的影响,目前在球面上和在球体内的嵌段共聚物相分离模拟已有报道。在本文中,第一章主要介绍了现在对聚电解质溶液的研究进展和基本的理论方法。在己经报道的对聚电解质的模拟工作中,我们发现,大多数的模拟工作一般只关注某一到两种特定构象,或者是只考虑了温度对静电能的影响。考虑到溶剂的性质也会对聚电解质的构象产生影响,我们希望同时考虑温度对静电能和溶液性质的影响。在第二章中,我们运用Monte Carlo方法模拟格子链模型的单链体系的聚电解质溶液。在我们的模型中,主链上每个链段带等量的正电荷,每个反离子带等量负电荷,溶液总体呈电中性。设定溶度参数χ=akBT(a＞0),用Ewald加和计算静电能,△E*=△E/knT,这样我们可以通过改变温度,同时改变溶剂性质和静电相互作用的大小,考察在静电能和溶剂性质同时随温度变化的时候聚电解质链性质的变化。我们发现,在低温的时候,χ很大,链处于不良溶剂中,静电相互作用作用也很明显,当链足够长的时候可以形成串珠状的构象；随着温度的上升,构象依次变化为塌缩球体、无规线团等；在高温条件下则形成拉伸线团构象。第三章的主要内容就是关于受限于闭合球壳内的两嵌段共聚物相分离的TDGL模拟。我们的工作关注的是有一定厚度的闭合球壳内的相分离行为。通过动力学模拟,我们发现,当表面对嵌段没有选择性的话,球壳的半径和厚度影响分相行为,分相的动力学过程符合一般嵌段共聚物的分相动力学理论。而当表面对嵌段有选择性的话,球壳的半径对分相形态的影响较小,表面选择性的大小和球壳的厚度的影响更为明显。当球壳厚度越大、表面的作用越大,分相行为与无选择性表面的状况下差别越大。分相的动力学过程在前期的时候受到表面选择性的影响较大,随着分相的过程的进行,空间限制的作用慢慢上升,最后的分相结果是这两者平衡的结果。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-39
  1.1 聚电解质的化学结构  10
  1.2 生命体内的聚电解质  10-11
  1.3 聚电解质的工业应用  11-12
  1.4 聚电解质理论简介  12-20
    1.4.1 静电学的基本理论  12-13
    1.4.2 POISSON-BOLTZMANN方程  13-15
    1.4.3 EWALD加和  15-20
      1.4.3.1 傅里叶变换法  15-17
      1.4.3.2 谐函数展开法  17-20
  1.5 聚电解质的研究进展  20-23
    1.5.1 实验进展  20-21
    1.5.2 对聚电解质在稀溶液中尺寸的解析  21-22
    1.5.3 对聚电解质体系的计算机模拟  22-23
  1.6 MONTE CARLO模拟简介  23-27
    1.6.1 高分子体系的MONTE CARLO模拟动态算法与链的粗粒化模型  23-24
    1.6.2 坐标与周期性边界  24-25
    1.6.3 四位置与键长涨落模型  25
    1.6.4 重要性抽样方法  25-27
  1.7 FLORY溶液理论和FLORY-HUGGINS参数  27-29
  1.8 嵌段共聚物的相分离  29-30
  1.9 本文研究的目的、意义  30
  参考文献  30-39
第二章聚电解质稀溶液的单链构象  39-52
  2.1 引言  39
  2.2 理论计算模型  39-42
    2.2.1 聚电解质体系算法  39-40
    2.2.2 能量判定  40-42
      2.2.2.1 溶解混合能  41
      2.2.2.2 静电能  41-42
  2.3 聚电解质单链在溶液中的构象和尺寸  42-49
    2.3.1 聚电解质链在不同温度下的构象  42-45
    2.3.2 聚电解质链尺寸的标度  45-47
    2.3.3 聚电解质链构象转变的动力学  47-49
  2.4 本章小结  49-50
  参考文献  50-52
第三章嵌段共聚物在闭合球壳内的相分离  52-84
  3.1 引言  52
  3.2 理论模型  52-61
    3.2.1 LANDUA连续相变理论  53-54
    3.2.2 高分子相分离动力学模型简介  54-55
    3.2.3 球壳内的TDGL方程  55-60
      3.2.3.1 球面的二十面体划分  55-57
      3.2.3.2 球壳划分与球壳内的TDGL方程  57-60
    3.2.4 边界对高分子嵌段的选择性  60-61
  3.3 中性边界下两嵌段共聚物的分相结果  61-67
    3.3.1 球壳半径对分相的影响  61-63
    3.3.2 球壳厚度对分相形态的影响  63-65
    3.3.3 微相分离动力学  65-67
  3.4 选择性边界下球壳中两前段共聚物的分相行为  67-81
    3.4.1 对称两嵌段共聚物的微相形态  67-72
      3.4.1.1 吸附能参数的影响  67-70
      3.4.1.2 厚度的影响  70-72
    3.4.2 不对称两嵌段共聚物的微相形态  72-76
      3.4.2.1 不同厚度下作用参数大小对分相的影响Ⅰ:较薄球壳  72
      3.4.2.2 不同厚度下作用参数大小对分相的影响Ⅱ:较厚球壳  72-75
      3.4.2.3 不同嵌段比例体系的形态比较  75-76
    3.4.3 分相的动力学过程  76-81
      3.4.3.1 球壳较薄时空间限制和作用参数对分相过程的影响  76-78
      3.4.3.2 较厚球壳内的微相分离动力学过程  78-81
  3.5 本章小结  81
  参考资料  81-84
个人简历  84-85
攻读硕士学位期间论文发表情况  85-86
致谢  86-87

长程和受限作用对高分子构象和形态的影响

内容摘要

全文目录

相似论文