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高等学校化学学报 2018年第1期39卷 85-94页

作者：王莉王楚周健华南理工大学化学与化工学院广东省绿色化学产品技术重点实验室广州510640

通过耗散粒子动力学方法,研究了p H响应性嵌段聚合物(聚丙烯酸-聚-2-乙烯基吡啶PAA-P2VP)接枝在纳米孔内的开关效应.探讨了嵌段序列Wall-P2VP-PAA和Wall-PAA-P2VP对响应性开关效应的影响,结果表明,只有Wall-PAA-P2VP嵌段序列才能在不同... 详细信息

通过耗散粒子动力学方法,研究了p H响应性嵌段聚合物(聚丙烯酸-聚-2-乙烯基吡啶PAA-P2VP)接枝在纳米孔内的开关效应.探讨了嵌段序列Wall-P2VP-PAA和Wall-PAA-P2VP对响应性开关效应的影响,结果表明,只有Wall-PAA-P2VP嵌段序列才能在不同的环境下形成智能响应性开关.接枝密度对智能响应性开关影响的研究表明,只有在合适的嵌段聚合物链接枝密度下,形成的孔道才能够达到智能开关效应.链长是影响智能开关膜开关效应的另一个重要因素,在链长较短的条件下,无法形成关闭的开关效应;而在链长较长的条件下则可以形成闭合的开关效应.在控制嵌段聚合物的接枝密度和链长的条件下,共聚物刷修饰的纳米膜孔在不同的p H值条件下可以实现智能膜的开关效应.对不同嵌段比对智能膜形成孔大小的影响的研究发现,随着PAA嵌段比例的增大,嵌段聚合物膜孔的大小逐渐减小,直至几乎闭合.研究结果为设计和构建有开关效应的纳米孔提供了一定的理论基础.

关键词：耗散粒子动力学模拟纳米孔嵌段聚合物 p H响应性智能门控

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长棒状T形三组分双亲分子相行为的耗散粒子动力学模拟

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高等学校化学学报 2014年第2期35卷 440-448页

作者：刘晓晗郭洪霞中国科学院化学研究所分子科学中心高分子物理与化学国家重点实验室北京100190

采用耗散粒子动力学方法建立了以侧链长度和温度为变量的相图,计算了相关结构参数及每个液晶相对应侧链的有效体积分数,重现了实验上观察到的五边形、六边形柱状相及刚棒在层内位置的有序堆垛层状结构.研究发现,长棒状T形三组分双亲分... 详细信息

采用耗散粒子动力学方法建立了以侧链长度和温度为变量的相图,计算了相关结构参数及每个液晶相对应侧链的有效体积分数,重现了实验上观察到的五边形、六边形柱状相及刚棒在层内位置的有序堆垛层状结构.研究发现,长棒状T形三组分双亲分子相图中的相序列和相结构符合相关报道,并且侧链有效体积分数f L与实验值一致.表明粗粒化模型反映了真实T形分子的主要特性,如分子的拓扑结构、排除体积效应及分相趋势、刚棒液晶基元的长径比和侧链的空间效应.证实了侧链尺寸对主/侧链非线性连接体系的自组装结构及各组成单元的位置分布的重要作用.

关键词： T形三组分双亲分子相行为耗散粒子动力学模拟

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梳型嵌段共聚物微观相分离的耗散粒子动力学模拟

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高等学校化学学报 2008年第6期29卷 1200-1204页

作者：刘英涛李占伟吕中元李泽生吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室长春130023

利用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法研究了二维梳型嵌段共聚物的微观相分离,得到了相形貌与侧链长度及链段间相互作用的依赖关系,进一步与线型和星型嵌段共聚物微观相分离进行了对比.模拟结果揭示了本体中... 详细信息

利用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法研究了二维梳型嵌段共聚物的微观相分离,得到了相形貌与侧链长度及链段间相互作用的依赖关系,进一步与线型和星型嵌段共聚物微观相分离进行了对比.模拟结果揭示了本体中影响梳形嵌段共聚物微观相分离的主要因素,包括嵌段共聚物的组成、拓扑结构以及不同粒子间的排斥力.

关键词：微观相分离耗散粒子动力学模拟梳形嵌段共聚物

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三嵌段共聚物和两嵌段共聚物在水溶液中共混自组装成多室胶束结构的耗散粒子动力学模拟(英文)

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物理化学学报 2014年第4期30卷 646-653页

作者：徐博深赵英沈显良丛悦殷秀梅王新鹏苑青于乃森董斌大连民族学院物理与材料工程学院纳米光子学研究所辽宁大连116600

利用耗散粒子动力学模拟研究了在水溶液中混合不同的线形三嵌段共聚物AxByCz和线形两嵌段共聚物AmBn对多室胶束的形貌多样性的影响.通过改变线形的三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的链长来寻找多室胶束的形成条件.由线形三嵌段共聚物和线形... 详细信息

利用耗散粒子动力学模拟研究了在水溶液中混合不同的线形三嵌段共聚物AxByCz和线形两嵌段共聚物AmBn对多室胶束的形貌多样性的影响.通过改变线形的三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的链长来寻找多室胶束的形成条件.由线形三嵌段共聚物和线形两嵌段共聚物的不同混合形成的多室胶束结构是多种多样的,例如"蠕虫状"胶束、"汉堡包"胶束、"球上球"胶束、"核-壳-壳"胶束等等.多室胶束的整体形貌和内部结构的控制都可以从线形三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的二元共混得到.为了表征获得的多室胶束结构,我们计算了密度图和成对分布函数图.在此工作中,可以获得和观察到复杂的多室胶束.结果表明,简单地混合线形的三嵌段共聚物和线形的两嵌段共聚物是一个控制多室胶束形貌和结构的有效方法,在工程实验中可以更简单更经济地形成多室胶束结构.因此,在设计新的多室胶束方面,聚合物共混仍然是未来值得更加关注的一个话题.

关键词：耗散粒子动力学模拟多室胶束嵌段共聚物形貌

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P123(PEO20-PPO70-PEO20)嵌段共聚物水溶液物理凝胶化行为的耗散粒子动力学模拟

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高等学校化学学报 2009年第12期30卷 2455-2459页

作者：赵英谢宇吕中元孙家锺吉林大学理论化学研究所理论化学计算国家重点实验室长春130023

采用耗散粒子动力学（Dissipative particle dynamics, DPD）方法研究了P123（PEO20-PPO70-PEO20）嵌段共聚物水溶液常温下的物理凝胶化行为. 在体积分数（2%~10%）较低时, P123在水溶液中形成球形胶束. 当P123的水溶液体积分数升高到20... 详细信息

采用耗散粒子动力学（Dissipative particle dynamics, DPD）方法研究了P123（PEO20-PPO70-PEO20）嵌段共聚物水溶液常温下的物理凝胶化行为. 在体积分数（2%~10%）较低时, P123在水溶液中形成球形胶束. 当P123的水溶液体积分数升高到20%时, 会形成柱状胶束. 在P123的水溶液体积分数为30%和40%时, 观察到具有三维网络结构的凝胶. 这些模拟结果不仅与实验结果一致, 而且证明了耗散粒子动力学方法是一种非常适合研究物理凝胶化行为的重要方法. 另外, 在P123的水溶液体积分数为40%时, 研究了凝胶随着时间发展的形成过程.

关键词： P123(PEO20-PPO70-PEO20)嵌段共聚物物理凝胶耗散粒子动力学模拟

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耗散粒子动力学模拟两亲分子聚集体形变动力学

耗散粒子动力学模拟两亲分子聚集体形变动力学

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作者：洪冰冰复旦大学

学位级别：硕士

两亲分子(如嵌段高分子、表面活性剂、磷脂等)在选择性溶剂中可以自组装形成胶束、囊泡、片层等聚集体。这些有序结构不仅广泛存在于生物体中,而且在药物控释、纳米技术等工业领域也具备极大的应用价值。当外界条件改变时,两亲分子聚集... 详细信息

两亲分子(如嵌段高分子、表面活性剂、磷脂等)在选择性溶剂中可以自组装形成胶束、囊泡、片层等聚集体。这些有序结构不仅广泛存在于生物体中,而且在药物控释、纳米技术等工业领域也具备极大的应用价值。当外界条件改变时,两亲分子聚集体会表现出多样的形变转变。囊泡出芽与胶束翻转是两个典型的形变过程。研究这些聚集体的形变动力学有助于我们理解一些生命现象背后的物理规律,澄清形变机制对外界条件的依赖关系,从而有效地控制与利用由两亲分子聚集体形变主导的各种物理化学过程。我们采用耗散粒子动力学(DPD)方法模拟两种形变过程,取得如下进展: 1.我们改变了常规DPD模拟体系的边界条件,允许在边界处根据局部密度的变化增删粒子,构造了可变粒子数的DPD方法。这一方法解决了常规DPD模拟中多组分平膜上相畴出芽缺少多余表面积的问题。同时平膜的简单几何构造方便了芽体形态的观测和膜弹性参数的计算。 2.我们的模拟强调了管状芽体中间态的形成。这一形态的存在与出芽后期颈部收缩速率的加快以及芽体表面积的增加紧密相关。模拟结果还反映出出芽的时间随相畴边缘线张力的增加而缩短,并与相畴的初始半径成二次方关系。弯曲模量对出芽的影响较为复杂。在低线张力区,增加弯曲模量首先加速出芽过程,继续增加则抑制出芽。此外,出芽能否进行还受膜表面张力控制。 3.对称两嵌段聚合物胶束的翻转采用常规DPD方法模拟。胶束和组成高分子的形态变化反映了翻转可以分成两个阶段,分别为外层疏溶剂嵌段的快速团聚阶段和核中亲溶剂嵌段缓慢穿透带孔疏溶剂层的阶段。对胶束的回转半径和流体动力学半径的计算表明翻转的中间态具有较密的壳层和疏松的核。翻转的特征时间与组成高分子的链长之间存在标度关系。我们采用简化的translocation模型来解释这一标度指数。 4.为了接近真实体系,我们进一步模拟了具有有限嵌段性质转变时间的翻转过程。所有这些翻转不是出现塌缩的中间态,就是经历松散结合的小尺寸小团阶段,并没有出现呈单分子分散的中间态。我们建议实验上可以通过激光光散射技术来确定各种中间态的尺寸与形态,并从确证的中间态推断两嵌段性质转变的相对快慢。

关键词：胶束化溶剂性 DPD 粒子数弯曲模量聚集体中间态耗散粒子动力学模拟

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多分散性对嵌段共聚物微观相行为影响的耗散粒子动力学模拟研究进展

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高分子学报 2016年第8期26卷 1011-1020页

作者：钱虎军焦贵省李延春吕中元超分子结构与材料国家重点实验室吉林大学理论化学研究所长春130012

嵌段共聚物通过微观相分离形成的各种有序结构在纳米印刷、药物输送、太阳能电池模板制备等领域有着广泛的应用.如何实现这些有序结构的有效调控是大家普遍关心的问题.近期的实验及理论研究表明嵌段长度的多分散性对嵌段共聚物的微观相... 详细信息

嵌段共聚物通过微观相分离形成的各种有序结构在纳米印刷、药物输送、太阳能电池模板制备等领域有着广泛的应用.如何实现这些有序结构的有效调控是大家普遍关心的问题.近期的实验及理论研究表明嵌段长度的多分散性对嵌段共聚物的微观相行为有着不可忽视的影响.本文综述了近年来在AB型两嵌段及ABA型三嵌段共聚物的实验及理论研究中的一些主要进展,重点介绍了基于耗散粒子动力学的模拟研究进展.并对多分散性可能带来潜在重要影响的嵌段共聚物相关体系的未来发展方向进行了展望.

关键词：嵌段共聚物微观相分离多分散性耗散粒子动力学模拟

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两亲性嵌段共聚物自组装的耗散粒子动力学模拟

两亲性嵌段共聚物自组装的耗散粒子动力学模拟

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作者：贺鹏涛中国科学技术大学

学位级别：博士

两亲性嵌段共聚物在稀溶液中可以自组装成不同形态的胶束结构,相比于小分子,由于在热力学和动力学上更加稳定,因此在药物传输与释放、微电子和先进材料等方面因此有相当广泛的应用前景。在过去十年里,两亲性嵌段聚合物自组装行为和组装... 详细信息

两亲性嵌段共聚物在稀溶液中可以自组装成不同形态的胶束结构,相比于小分子,由于在热力学和动力学上更加稳定,因此在药物传输与释放、微电子和先进材料等方面因此有相当广泛的应用前景。在过去十年里,两亲性嵌段聚合物自组装行为和组装结构一直是研究的焦点问题。本文采用耗散粒子动力学（DPD）方法,对两亲性三嵌段共聚物在稀溶液中自组装行为和组装结构问题进行了模拟研究。首先,我们通过改变亲水性嵌段和疏水性嵌段在稀溶液中的相互作用大小,对两亲性三嵌段共聚物复杂胶束自发形成的机理进行研究。溶剂的选择性被证实是决定共聚物聚集形态的核心因素。这些复杂结构形态形成的不同途径对于解释研究中聚集体的形成原因非常有用。此发现也非常有意义,模拟中复杂胶束形成的潜在机制有助于我们揭示聚集体的真正形成原因,并理解两亲性嵌段共聚物的自组装行为和其动力学。研究各种胶束形态之间的转变及动态过程对人们在理论及实际上理解各种形态的形成,以及更好的认识生命现象也有重要价值,我们试图研究在稀溶液中各种胶束形态之间的转变及动态过程。在相同的溶剂选择性条件下,模拟的初始态结构被证实对自组装形态的形成起着不可忽略的作用。同时,模拟中复杂胶束之间互相转变的潜在机制有助于我们理解两亲性嵌段共聚物的自组装行为和其动力学。接下来,我们通过对柔性-刚性-柔性ABA-型两亲性三嵌段共聚物进行耗散粒子动力学模拟,观察并研究了在溶剂选择条件下的自组装行为。嵌段刚性是通过在刚性嵌段的连续键间加入额外的键角势来实现的。结果显示,键角势的引入使自组装相对于全柔性分子来讲发生了巨大的改变。着重研究刚棒状疏水嵌段在微结构聚集体中的影响,以及两亲性嵌段共聚物在选择性溶剂中的动力学性质。我们观察到环状胶束形成过程中的一种截然不同的机理,而这种机理是在全柔性两亲性三嵌段体系中不可能出现的。在柔性-刚性-柔性分子形成的环形胶束中,疏水性嵌段采取一种完全伸展的构象而全柔性分子形成的环形胶束中则是折叠链和伸展链共存。最后,我们研究了分子链刚性的变化对两亲性嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装形态的变化及其动力学行为,得到了许多有意义的结果。通过模拟我们发现,随着疏水性嵌段刚性的增强,柔性-刚性-柔性两亲性三嵌段分子在相同溶剂选择性条件下的自组装路径和组装结果是由疏水性嵌段与溶剂之间的疏水相互作用能与键弯曲势共同决定的。同时,我们在模拟中观察到了不同分子刚性条件下柔性-刚性-柔性两亲性三嵌段共聚物环状胶束形成的两种不同的路径。这些结果为人们深入理解含有刚性嵌段的两亲性分子在稀溶液中的自组装及其形态转变提供了依据。

关键词：耗散粒子动力学模拟两亲性嵌段共聚物自组装囊泡环状胶束形态转变分子刚性

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新旧沥青界面融合实测与耗散粒子动力学模拟

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山东大学学报（工学版） 2022年第3期52卷 61-69,79页

作者：陈龙支鹏飞李晋陈宏斌何兆益崔新壮山东交通学院交通土建工程学院山东济南250357 甘肃省交通科学研究院集团有限公司甘肃兰州730030 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 山东大学土建与水利学院山东济南250061

为扩充新旧沥青界面再生融合特征的研究手段,多尺度量化剖析新旧沥青界面再生融合速率、融合程度等行为参数,通过动态剪切流变试验,基于细观尺度实测研究新旧沥青界面再生融合规律;通过耗散粒子动力学,基于介观尺度模拟研究新旧沥青界... 详细信息

为扩充新旧沥青界面再生融合特征的研究手段,多尺度量化剖析新旧沥青界面再生融合速率、融合程度等行为参数,通过动态剪切流变试验,基于细观尺度实测研究新旧沥青界面再生融合规律;通过耗散粒子动力学,基于介观尺度模拟研究新旧沥青界面再生融合机理行为并验证动态剪切流变试验实测结果。分析表明:加热温度、加热时间均与新旧沥青界面再生融合程度呈正相关关系,加热温度与新旧沥青界面再生融合速率呈线性正相关关系,加热时间与新旧沥青界面再生融合速率呈指数负相关关系;加热时间从10~120 min,沥青界面扩散激活能增长了3~5倍;采用新添沥青单一调和的方式再生效果不佳,各试验条件下沥青界面再生融合程度均不足50%,但采用新添沥青与再生剂复合的方式,新旧沥青界面再生融合程度提升2倍左右,并同比降低沥青界面扩散激活能10%~30%;剪切速率可较大幅度影响新旧沥青界面再生融合作用,并且相比于较高加热温度(358~418 K),在低温加热条件下(298~358 K)适当增加剪切速率对改善新旧沥青界面再生融合特征效果更明显;采用的沥青四组分分子结构模型、构建的耗散粒子动力学粗粒化结构模型和选取的模拟计算参数为跨尺度拓展量化表征新旧沥青界面再生融合行为特征与规律提供重要支撑。

关键词：新旧沥青界面动态剪切流变测试耗散粒子动力学模拟界面融合速率界面融合程度扩散激活能

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剪切流场中单液滴变形与破裂的耗散粒子动力学模拟及可视化

剪切流场中单液滴变形与破裂的耗散粒子动力学模拟及可视化

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作者：张驭洲中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)

学位级别：硕士

液滴在外加流场中的变形、破裂以及聚并是研究过程工业中广泛存在的液液不互溶体系的液滴尺寸及其分布的基础。目前对于单液滴在惯性力可忽略的简单流场中的变形与破裂已经有了较为充分的认识,而表面活性剂和惯性力对液滴行为的影响有... 详细信息

液滴在外加流场中的变形、破裂以及聚并是研究过程工业中广泛存在的液液不互溶体系的液滴尺寸及其分布的基础。目前对于单液滴在惯性力可忽略的简单流场中的变形与破裂已经有了较为充分的认识,而表面活性剂和惯性力对液滴行为的影响有待进一步研究。本文采用耗散粒子动力学方法,研究了表面活性剂和惯性力影响下的单液滴的变形、破裂与聚并。对于中等雷诺数(1～16)下剪切流场中单液滴的变形,在不同表面活性剂添加量和流场强度下,考察了液滴的倾斜角、变形度以及表面活性剂在相界面的分布状况,得到了无表面活性剂液滴的变形度与毛细数和韦伯数的拟合关联式;通过分别模拟油包水和水包油两种体系,发现当液滴尺寸与表面活性剂特征尺寸相近时,在相同的外加流场和表面活性剂添加量下,油包水体系中表面活性剂在相界面的分布更不均匀,液滴倾斜角更小,变形度更大。在液滴变形模拟的基础上,考察了不同表面活性剂添加量下液滴破裂的临界条件,发现随着表面活性剂添加量的增大,液滴破裂的临界毛细数和临界雷诺数均减小,而破裂前的最大变形度基本不变;对相同尺寸的两个液滴的对心碰撞进行了初步模拟,考察了油包水和水包油体系中不同表面活性剂添加量和表面活性剂极性端亲水性对液滴碰撞结果的影响。为方便模拟结果信息的获取,并为未来更大规模的模拟做准备,基于开源可视化软件ParaView及其原位可视化工具Catalyst实现了耗散粒子动力学模拟结果的原位可视化以及大规模离散模拟结果的离线可视化,提升了模拟软件的易用性。

关键词：剪切流场单液滴变形与破裂表面活性剂耗散粒子动力学模拟

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