有機分子-聚合物在離子液體中溶解及結晶行為的理論研究.pdf

1、離子液體由于其獨特的物理和化學性質，能夠溶解無機、有機及聚合物等物質，在聚合物復合材料的開發(fā)和制備過程中具有潛在的應用價值。本文以離子液體/有機分子及離子液體/聚合物為研究對象，從分子間相互作用出發(fā)，通過構建相應的理論模型，對有機分子和聚合物在離子液體中的微觀結構、平衡性質、界面性質進行研究。主要研究內容包括：
　　(1)根據有機分子與離子液體的幾何和化學特性，構建了能描述離子液體-有機分子二元體系的三維密度泛函理論模型，研究了噻

2、吩、苯并噻吩和二苯并噻吩等有機分子在不同離子液體周圍的微觀結構（空間分布），根據微觀結構確定了有機分子的溶解度和二元體系的界面張力。與實驗值比較可知，模型預測的平均相對偏差低于10％。根據有機分子在不同離子周圍的空間分布，分析了離子液體對有機分子溶解的微觀機理。根據溶解機理，對不同的陰陽離子對進行組合，設計了四種具有高溶解性能的咪唑類離子液體。
　　(2)充分考慮聚合物的空間拓撲結構，構建了關于聚合物半柔性鏈的自由能泛函，描述構象

3、熵的貢獻，并將此引入密度泛函模型，計算并預測了聚環(huán)氧乙烷-[EMIM][BF4]二元體系的溶解平衡，計算結果與實驗值一致;根據聚環(huán)氧乙烷在不同離子液體各基團周圍的微觀結構，分析了[EMIM][BF4]對聚環(huán)氧乙烷溶解性能的微觀機理;在此基礎上，預測了聚環(huán)氧乙烷-[EMIM][BF4]二元組分液液兩相體系之間界面張力，分析了界面張力隨溫度變化的關系。
　　(3)在三維密度泛函理論模型中引入了關于晶格點陣的張量表達，研究了聚乙烯和等規(guī)

4、聚丙烯等聚合物的結晶行為。根據能量最小化原則，對晶體以及晶體-熔體界面密度分布進行局部優(yōu)化和全局優(yōu)化，確定了晶體-熔體相平衡，通過和實驗值比較驗證了理論模型的準確性;由平衡確定了聚合物晶體的晶胞參數及密度分布、晶體-熔體界面密度分布，預測了聚合物晶體在不同晶面內的界面張力，預測結果與實驗值相吻合;分析了過飽和狀態(tài)下聚合物晶體成核過程中成核自由能和尺寸的變化規(guī)律，預測了聚合物晶體成核能壘與臨界成核尺寸，從微觀層面認識了聚合物晶體生長，為離

5、子液體影響聚合物結晶行為研究打下了良好的理論基礎。
　　(4)充分考慮聚合物晶體表面與離子液體界面的非均相性，構建了能描述離子液體-聚合物晶體復合體系的三維密度泛函理論模型，研究了不同離子液體對聚偏氟乙烯結晶行為的影響，包括相平衡時聚偏氟乙烯晶體結構和晶體-熔體界面的微觀結構，不同離子液體在聚偏氟乙烯晶體表面的微觀結構，離子液體濃度變化對聚偏氟乙烯結晶行為的影響，預測了聚偏氟乙烯晶體-熔體界面在不同離子液體中隨離子液體含量變化時對