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構的影響以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)鏈長及構像對杯芳烴解離能的影響。主要研究內容和結果如下： 構造了代表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聚能，得到了Flory．H

2、uggins相互作用參數和DPD計算所需的斥力參數。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構圖以及各組分的濃度分布曲線?？疾炝巳軇┰诰酆衔锬ぶ械姆植记闆r。 根據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構圖。采用分子力學和分子動力學方法研究了微觀結構下的溶劑的行為。通過聚合物膜的微

3、觀結構和徑向分布函數分析了溶劑在體系中的存在形式，以及溶劑對膜的微觀結構的影響。計算了溶劑在膜中的自擴散系數。結合介觀尺度模擬的結果得到，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。自擴散系數隨著溶劑含量的增多而變大。 應用密度泛函法(DFT)和半經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計算結果與DFT得到的結果最接近。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的構像對丙烯酰胺杯芳烴的解離能也有一定的