高分子膜材料界面性质的分子模拟研究

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随着计算机技术及有关高分子膜材料科学的快速发展,传统的实验手段已经远远不能够让人们更深层次的了解新型高分子材料的需要,为满足人们对新型材料的了解的需要,于是引入了新的一种研究手段即计算机模拟方法。此方法经过不断的研究已成功解决高分子材料在实际应用中利用传统的实验方法所不能解决的多种问题。尤其是分子动力学模拟方法的成功运用,从分子水平或纳米尺度的微观现象出发研究使得多相复杂系统中的界面现象成为现实。通过基于微观尺度基础上开始并扩展对多相系统中界面性质的研究,能使人们能够更进一步地了解热过程的机理和本质,实现对过程界面的调节与控制,发展新的热过程及设备。  界面是相与相之间相交的那层界面,也是连接基体和增强纤维的极其重要的微观结构,并与高分子材料的物理性能、机械性能、化学性能均有密不可分的关系。20世纪60年代开始就界面的问题进行系统性的初步研究。高分子材料界面性质的研究在化工过程生产及材料加工等工业领域及我们日常生活生产中都占有极其重要的地位,同时对高新技术的发展也占有同样重要的地位,然而解决界面问题中最重要的部分是确定界面分子间相互作用机理。在1962年美国材料委员会组建了关于纤维增强复合材料界面性质的研究团队之后,界面性质的研究引起了广大研究学者们的注意力。为了研究高分子膜材料界面的微观结构及性质,本文采用分子动力学模拟方法,主要设计了PE/SPCE水及PVDF/SPCE水复合层的界面结构,对界面的性质做了模拟研究。在这项工作中,分子动力学(MD)模拟被用来评估聚乙烯表面及聚偏氟乙烯表面与水的相互作用的影响。我们在已经证实的可行性的表面模型中模拟现实的聚乙烯和聚偏氟乙烯。通过本次模拟可以实现这些模型表面上的水分子的结构和行为。界面水分子的结构和行为可以通过均方位移曲线分布和分子径向分布函数等进行评估。同时分别观察不同模拟阶段水分子在膜材料表面的分布轮廓线形状。将水分子在聚乙烯表面上模拟结果与其在聚偏氟乙烯表面上的模拟结果进行比较,可以看出水在聚乙烯表面的分布轮廓线的形状与其在聚偏氟乙烯的形状不同。其中水分子在聚乙烯表面上分布形状呈椭圆形,然而其在聚偏氟乙烯的分布形状类似于金字塔,这样比较下来,水在聚乙烯表面要比其在聚偏氟乙烯表面的铺展性要好,从而说明聚偏氟乙烯膜材料的疏水性较高。
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