固體表面選擇性吸附及表面活性劑分子自組裝體系中的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、吸附、沉積、聚集是大自然當(dāng)中存在的物理現(xiàn)象。微納尺度有機(jī)發(fā)光小分子定位沉積形成的圖案在眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，因此表面圖案的構(gòu)筑已成為研究熱點(diǎn)。表面活性劑由于其獨(dú)特的雙親性質(zhì)，在溶液中它們可以形成多種不同形狀的聚集體，使得這類化合物在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。采用分子模擬的方法研究這些物理現(xiàn)象，從分子層面上揭示這些過程發(fā)生的機(jī)理，對我們理解和應(yīng)用一些新型的材料有巨大的指導(dǎo)意義。本論文主要工作如下：
　　（1）采用平衡分子動(dòng)力學(xué)和拉伸分

2、子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了模板誘導(dǎo)有機(jī)發(fā)光小分子3(5)-(9-蒽基)吡唑(ANP)在自組裝膜上的選擇性沉積，并利用傘形取樣方法和加權(quán)柱狀圖分析法計(jì)算了沉積過程的均力勢。模擬中以二氧化硅為底板分別構(gòu)筑兩種不同密度的烷烴鏈自組裝膜模板，即低密度的液體擴(kuò)展相和高密度的液體壓縮相。平衡分子動(dòng)力學(xué)結(jié)果顯示：ANP分子容易沉積至低密度的液體擴(kuò)展相中，難以沉積至高密度的液體壓縮相中。拉伸分子動(dòng)力學(xué)結(jié)果表明：當(dāng)ANP分子沉積至液體壓縮相表面時(shí)，在進(jìn)入烷烴

3、膜時(shí)遇到較大阻力，因而不易進(jìn)入到烷烴鏈單層膜中；而ANP分子在進(jìn)入液體擴(kuò)展相的過程中受到的阻力較小。通過比較這兩種不同密度自組裝膜與ANP分子之間的結(jié)合自由能，發(fā)現(xiàn)ANP分子進(jìn)入液體壓縮相的能壘較高，而ANP分子與液體擴(kuò)展相結(jié)合更加穩(wěn)定，導(dǎo)致有機(jī)發(fā)光小分子在不同密度的模板上具有選擇吸附性。
　?。?）采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法探討有機(jī)鹽水楊酸鈉（NaSal）對表面活性劑3-十六烷氧基-2-羥丙基-三甲基溴化銨（R16HTAB)在溶液中

4、膠束球棒形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。模擬結(jié)果顯示：在沒有NaSal存在的條件下，體系中預(yù)組裝好的棒狀膠束不穩(wěn)定，最終會(huì)斷裂形成球形膠束。而隨著NaSal的加入，預(yù)組裝好的棒狀膠束在模擬過程中雖然存在波動(dòng)，但是在30 ns的分子動(dòng)力學(xué)模擬中，棒狀膠束依然穩(wěn)定存在。Sal-離子增溶進(jìn)膠束內(nèi)部與表面活性劑分子之間的靜電相互作用和氫鍵作用促進(jìn)R16HTAB由球形膠束向棒形膠束轉(zhuǎn)化。
　?。?）采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究三種鹽（水楊酸鈉（NaSal）、

5、1-萘酚-2-甲酸鈉（1SHNC）、2-萘酚-3-甲酸鈉（2SHNC）對表面活性劑3-十四烷氧基-2-羥丙基-三甲基溴化銨（R14HTAB）在溶液中膠束球棒形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響。模擬結(jié)果表明：加入的三種鹽離子均可以維持R14HTAB棒狀膠束穩(wěn)定存在。利用aRDG方法研究了鹽離子與表面活性劑分子之間的弱相互作用。通過觀察aRDG散點(diǎn)圖和等值面圖，我們直觀的觀察到滲透進(jìn)膠束不同位置的鹽離子與表面活性劑分子之間的靜電作用力、氫鍵、范德華力。氫鍵及靜