高分子—無機雜化膜擴散特性的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、從分子水平上認(rèn)識無機介質(zhì)對高分子一無機雜化膜擴散特性的影響對設(shè)計具有特定性質(zhì)和功能的滲透蒸發(fā)膜具有重要意義。本文建立了兩類高分子一無機雜化膜的結(jié)構(gòu)模型，包括第Ⅰ類雜化膜，如PVA-CG雜化膜，PVA-SiO<,2>雜化膜，和第Ⅱ類雜化膜，如PVA-SiO<,2>雜化膜，采用分子動力學(xué)模擬研究了無機粒子的加入對苯和環(huán)己烷在聚乙烯醇基雜化膜中擴散過程的影響。 本文首先考察了高分子—無機介質(zhì)之間相互作用能的大小。然后通過x射線衍射圖譜

2、計算了無機介質(zhì)的引入對高分子鏈間距離的影響；通過均方位移(MSD)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分析了高分子鏈的運動性，發(fā)現(xiàn)加入無機介質(zhì)破壞了高分子內(nèi)微晶區(qū)，高分子鏈的運動性提高。通過Connolly表面的方法計算了膜的自由體積特性，結(jié)果顯示雜化膜內(nèi)自由體積大于空白膜，其原因一方面是由于高分子一無機界面處高分子和無機介質(zhì)剛性的差異而產(chǎn)生的縫隙造成的，另一方面是由于高分子主體內(nèi)高分子鏈排列疏松造成的。自由體積分?jǐn)?shù)的模擬結(jié)果與正電子湮沒壽命譜的實驗結(jié)果呈

3、現(xiàn)相同的變化趨勢。最后通過Einstein公式計算了苯和環(huán)己烷在膜中的擴散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)苯和環(huán)己烷在雜化膜中擴散系數(shù)大于空白膜。 本文還通過分子動力學(xué)模擬考察了第Ⅰ類雜化膜與第Ⅱ類雜化膜擴散性質(zhì)的差別。由于第Ⅱ類雜化膜中高分子相與無機相之間存在共價鍵，高分子—無機介質(zhì)之間互作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第Ⅰ類雜化膜。第Ⅱ類PVA-SiO<,2>雜化膜中高分子鏈間距離、高分子鏈運動性以及膜內(nèi)自由體積都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第Ⅰ類PVA-SiO<,2>雜化膜，滲透物苯

4、和環(huán)己烷在第Ⅱ類雜化膜中的擴散系數(shù)和擴散選擇性也明顯高于第Ⅰ類雜化膜。 本文最后關(guān)聯(lián)了膜的擴散性能與膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)苯和環(huán)己烷在膜中的擴散系數(shù)與自由體積分?jǐn)?shù)的倒數(shù)呈指數(shù)關(guān)系，符合自由體積理論。PVA空白膜和雜化膜的擴散選擇性可以通過膜內(nèi)能夠容納苯和環(huán)己烷分子的自由體積分?jǐn)?shù)之比來預(yù)測。盡管本研究建立的模型與實際體系在空間尺度相差較大，但是從模擬結(jié)果來看變化規(guī)律還是一致的，因此本研究中采用的分子模擬方法可以用于指導(dǎo)雜化膜