AaDd型氢键流体的统计理论（Ⅳ）：胶体粒子间的耗尽势

基于耗尽势的密度泛函理论研究了AaDd型氢键流体中胶体粒子间的耗尽势.针对胶体稀溶液,通过计算在不同条件下两个胶体粒子间的耗尽势和耗尽力,进一步分析了氢键流体中相关因素对二者的影响.结果表明,胶体粒子与流体分子的尺寸比率、氢键流体的体相密度、氢键键能、质子给体和受体数目以及胶体粒子与流体之间的弱相互作用等因素均可对胶体粒子间耗尽势产生显著影响.     

A_aD_d型氢键流体的统计理论(V):球形微腔中的相平衡

利用密度泛函理论并结合改进的基本度量理论研究了球形微腔中AaDd型氢键流体的相态结构.首先,根据氢键流体在球腔中的吸附-脱附等温线以及相应的巨势等温线获得不同条件下氢键流体的相图.在此基础上,重点讨论了氢键作用、球腔尺寸以及腔壁与流体之间的相互作用等因素对氢键流体相平衡特征的影响.结果表明,流体层化转变和毛细凝聚的临界温度、临界密度和临界相区域等相态特征与这些因素密切相关.研究结果可为进一步揭示几何约束下氢键流体的相平衡及聚集态结构提供可能的理论线索.     

AaDd型氢键流体的统计理论（V）：球形微腔中的相平衡

利用密度泛函理论并结合改进的基本度量理论研究了球形微腔中AaDd型氢键流体的相态结构．首先,根据氢键流体在球腔中的吸附一脱附等温线以及相应的巨势等温线获得不同条件下氢键流体的相图．在此基础上,重点讨论了氢键作用、球腔尺寸以及腔壁与流体之间的相互作用等因素对氢键流体相平衡特征的影响．结果表明,流体层化转变和毛细凝聚的临界温度、临界密度和临界相区域等相态特征与这些因素密切相关．研究结果可为进一步揭示几何约束下氢键流体的相平衡及聚集态结构提供可能的理论线索．     

硬核Yukawa流体中胶体粒子间的耗尽势

基于Roth、Evans和Dietrich有关耗尽势的密度泛函理论研究了硬核Yukawa(HCY)流体中胶体粒子间的耗尽势.在极稀溶液条件下,通过计算两个胶体粒子在不同条件下的耗尽势,分析了HCY流体的相关因素对耗尽势的影响.结果表明,胶体粒子与溶剂分子的尺寸比率、HCY流体分子间的相互作用、HCY流体分子的体相密度以及胶体粒子与流体分子之间的相互作用等因素均可对胶体粒子间耗尽势产生显著影响.研究结果可为实验上调控胶体粒子间的相互作用提供可能的线索.     

偶极Janus粒子的相态结构调控及应用

基于热力学微扰理论研究了偶极Janus粒子的聚集态结构及相态特征, 考察了粒子间的缔合作用、 偶极作用及外电场对体系相态结构的调控机制. 结果表明, 在偶极Janus粒子的聚集过程中, 粒子间的链型结构与支化结构之间存在竞争, 致使其平衡相行为显著有别于常规流体的相行为. 作为应用, 计算了偶极Janus粒子体系的介电常数, 得到其类气相及类液相的介电常数与缔合作用、 偶极作用及外电场的依赖关系.     

Lennard-Jones流体中胶体粒子间耗尽势的密度泛函理论研究

基于Roth, Evans和Dietrich有关耗尽势的密度泛函理论研究了Lennard-Jones (L-J)流体中胶体粒子间的耗尽势. 通过计算胶体稀溶液中两个胶体粒子在不同条件下的耗尽势, 进一步分析了L-J流体的相关因素对耗尽势的影响. 结果表明, L-J流体分子的体积分数、胶体粒子与溶剂分子的尺寸比率、L-J流体分子间的相互作用以及胶体粒子与流体分子之间的弱相互作用等因素均可对胶体粒子间耗尽势产生显著影响. 研究结果可为实验上调控胶体粒子间的相互作用提供可能的线索.     

配体链包覆纳米粒子的表面相分离及自组装的模拟研究

通过耗散粒子动力学方法,模拟了二元配体链包覆的纳米粒子表面的相分离行为,并与现有的模拟和实验体系进行对比.研究结果印证了相分离驱动力是配体链错位所导致的构象熵的结论.进一步以相分离得到的Janus和三嵌段Janus结构纳米粒子作为构筑单元,研究了其在选择性溶剂中的自组装行为.结果表明,Janus粒子易自组装成为双层囊泡结构,而三嵌段Janus粒子则更易形成单层囊泡结构.对于从配体链包覆的纳米粒子出发,设计具有特殊功能的囊泡提供了理论支持.     

含Janus粒子组装体的构筑、调控及功能的模拟与理论分析

Janus粒子由于其表面性质与形状特征的不对称性而展现出独特的力学、光学、电学、磁学和表面两亲性能,在构筑复杂组装结构及设计新型功能材料方面有着广阔的应用前景.本文主要从计算机模拟与理论分析的角度,结合相关实验体系,系统地总结了目前对含Janus粒子组装体的体系构筑、结构调控及材料功能等的相关研究进展.从Janus粒子自组装结构的精确构筑与动态响应性、界面结构的熵驱调控、非平衡组装动力学及含Janus粒子组装体功能的模拟与预报等4个方面,详细阐述了Janus粒子的复杂多级组装结构及其背后蕴含的热力学与动力学的机理,并介绍了一系列基于含Janus粒子组装体的聚合物基复合材料独特的功能及其潜在应用.在此基础上,指出合理设计Janus粒子的非对称性质以及巧妙调控组装体内的熵、焓平衡,是控制其多级组装结构,进而开发相应新型功能材料的关键,并对Janus粒子未来的理论和模拟研究趋势进行了展望.     

低密度溶液中溶剂的重组织性质

分析了溶液的微观结构,结果表明,单个溶质粒子影响其周围的溶剂的结构,溶质粒子间的相互作用也将影响溶剂的结构,溶质对溶剂结构的影响称作溶剂的重组织.提出了二阶重组织能及二阶重组织熵等概念,可以描述在两个溶质粒子发生碰撞时对其周围溶剂结构的影响.利用二元系的集团展开理论,给出了溶剂的一阶、二阶重组织能和重组织熵的表达式.统计热力学分析给出了溶剂-溶剂径向分布函数与溶质和溶剂化学势之间的关系,给出了无限稀溶液模型是否成立的宏观判据.提出的理论可用于低密度的二元溶液.     

平行硬壁间荷电硬球流体的密度泛函理论研究

基于经典流体的密度泛函理论并结合改进的基本度量理论, 研究了受限于平行硬壁间的荷电硬球流体的平衡密度分布. 通过对比有、无外电场时分子数密度分布的相应变化情况, 分析了荷电硬球分子间的库仑排斥势能与场致势能间的竞争作用, 研究了电场对于受限荷电硬球流体系统聚集态结构的影响.     

球腔中氢键流体的吸附-解吸附转变:表面调控研究

集中讨论了球形微腔表面对腔中氢键流体相态结构的调控机制. 为了揭示微腔表面对腔中氢键流体相平衡的影响, 首先根据吸附-解吸附原理并利用经典流体的密度泛函理论计算了微腔中氢键流体的平衡密度分布, 进而通过吸附-解吸附等温线及巨势等温线绘制出体系的相图. 在此基础上, 重点考察了球腔尺寸、 表面作用强度和作用力程对氢键流体毛细凝聚及层化转变的影响. 结果表明, 这些因素可以有效地调控体系毛细凝聚和层化转变的临界约化温度、 临界密度和相区大小等特征, 从而阐明了表面调控的主要机制. 研究结果为设计相关吸附材料提供了理论参考.     

稀醋酸/水溶液中单个醋酸与水分子的氢键结构

在醋酸/水体系的工业分离中,溶液中的氢键对分离效率有很大影响.本文采用两种第一性原理方法,即从头算分子动力学模拟(AIMD)和量子化学计算(QCC),对由单个醋酸和不同水分子所组成聚合体的氢键相互作用进行了研究,采用极化统一模型和自洽反应场模型计算得到了聚合体在水溶液中的热力学数据.从QCC计算的气相和水溶液中的聚合自由能表明六元环在两种状态下都为最优结构,热力学数据反映出的各种结构的相对稳定性与AIMD模拟的环分布符合得相当一致.研究表明,由于存在醋酸和水分子间的氢键作用,稀醋酸/水溶液中的醋酸分离要比在浓醋酸溶液中困难得多.     

Janus粒子的表面改性及其对共混聚合物的增容性能研究

本文以雪人状的SiO_2@PDVB Janus粒子为模板,通过表面改性获得具有不同表面性质的Janus粒子,包括在SiO_2半球分别引入聚丁二烯(PBd)与聚异戊二烯(PI),以增加SiO_2@PDVB Janus粒子中无机的SiO_2半球对聚合物基质的亲和性.随后将改性前后的Janus粒子分散到聚苯乙烯(PS)/顺丁橡胶(PBd)及聚苯乙烯(PS)/异戊橡胶(PI)的共混体系中,考察了不同Janus粒子对共混物相结构的影响.结果发现,与未改性的Janus粒子相比,引入聚合物刷的Janus粒子可更有效地提高其界面增容效果,抑制共混物相分离的动力学.     

两亲性Janus粒子在蜂窝状多孔聚合物膜上的自组装性能

采用具有两亲性的两面体(Janus)粒子实现稳定的粒子界面组装与水滴模板法自组装过程相结合的方法获得了粒子在蜂窝状多孔聚合物薄膜内壁的高效定向修饰.通过与均质粒子组装形貌的对比,证明了Janus粒子因其特殊的界面自组装活性,可以获得高粒子加量条件下的规则多孔结构,解决了使用均质粒子时存在的结构有序性和粒子修饰密度之间的矛盾.而在较低粒子加量的条件下,Janus粒子也展示出与均质粒子极为不同的组装形貌.这一方法的建立,为新型表面功能化材料的制备提供了一个新的思路.     

缔合溶液热力学性质与谱学性质的关联

缔合溶液具有与理想溶液显著不同的热力学和谱学性质,对于热力学和谱学的研究,有助于我们理解缔合溶液的特殊行为.谱学技术中核磁共振(NMR)、红外(IR)和拉曼(Raman)光谱是研究分子间相互作用和溶液结构等微观性质的有效方法,谱学已成为分子热力学研究体系"四面体结构"中的第四个顶点.本文对缔合溶液中热力学(汽液平衡和焓)和谱学(NMR,IR和Raman)联系的最新研究进展进行了综述,着重介绍相关的模型,如化学缔合模型、局部组成(LC)、格子流体氢键(LFHB)理论以及统计缔合流体理论(SAFT).     

重力对溶液悬浮粒子聚集过程影响的布朗动力学模拟

采用布朗动力学的计算机模拟方法, 研究重力因素对于稀溶液中悬浮粒子聚集过程的影响. 通过在计算机模拟程序中加入和排除重力因素的影响, 对不同重力条件下的粒子团数量随时间的变化曲线进行对比研究, 得到了重力对溶液中的粒子团总数和不同大小的粒子团数量随时间变化的影响规律,可以总结为: 在聚集阶段初期,重力不影响粒子的聚集; 而在聚集阶段后期, 重力加快了粒子的聚集. 同时, 从动力学分析的角度出发, 对重力如何影响悬浮溶液中粒子聚集过程的机制也进行了更加深入的探讨.     

液相色谱过量热力学函数变化规律性探讨

本文从溶液热力学和色谱理论推导出过量热力学函数与色谱参数间的关系, 测定了苯的同系物在液-液分配过程中, 过量焓变等函数与流动相组成、样品碳数的线性关系,并求得经验方程式. 同时研究了不同样品焓变和熵变的线性补偿规律. 并试图从溶液理论进行计算.     

非对称性Janus粒子的制备与可控组装

古罗马的双面神(Janus)常被用来描述具有两种不同化学结构或性质的不对称粒子, Janus粒子由于自身的特殊性能在药物载体、电子器件和乳液稳定等方面表现出良好的发展势头, 其应用前景日益受到人们的重视. 目前, Janus 粒子作为基本的组装基元受到越来越多的关注, 相关组装方法也被广泛地研究, 包括本体组装、界面组装和外界驱动力调控等, 特别是Janus 粒子的双亲修饰与功能化. 本文综述了现今Janus 粒子制备方法及对其进行修饰组装的最新研究进展, 详细讨论比较了一步合成法、聚合物自组装法和晶种直接生长等方法的特点及差异, 并对一些新型功能Janus粒子的设计及潜在的应用前景进行了展望.     

高分子动力学的单链模型

高分子单链模型是高分子稀溶液理论研究的基本模型.对其进行深入地分析,不仅有助于解决高分子稀溶液体系中溶液黏度和分子链扩散等基本问题,而且能够增进人们对高分子链结构与溶液性质间关联性的理解.虽然基于经典连续性介质力学的流体动力学理论可以定性,甚至半定量地获得稀溶液的一些重要性质,但是,随着科学技术的发展,人们从分子水平上建立了许多描述高分子稀溶液性质的模型和理论,期望能够定量地描述高分子稀溶液的性质.本文以高分子稀溶液中3个典型的单链模型为例(包括:不含流体力学相互作用的Rouse模型、含二体流体力学相互作用的Zimm模型和含多体流体力学相互作用的部分穿透球模型),综述高分子稀溶液的重要性质,并详细地给出其动力学方程的推导过程及其重要的研究进展.特别是,对于Rouse模型,本文还将其预言结果拓展到了短链高分子流体体系;此外,还介绍了这一领域的关键科学问题、发展前景和研究方向.     

含二氧化硅组份Janus纳米粒子的制备方法和应用研究进展

Janus纳米粒子的非对称结构赋予其在空间结构和物理化学性质的各向异性,在半导体、催化、分散介质、生物医药等领域表现出优于普通纳米材料特性,是近年来纳米材料的研究热点.近些年来的研究报道多集中在含二氧化硅组份的Janus纳米粒子上,按其化学组成主要分为无机物-二氧化硅和聚合物-二氧化硅两大类.按此分类分析比较了Janus纳米粒子的制备方法,并介绍了其在药物输送、表面活性剂和催化等领域的应用现状.