Triton X-100/甲苯/水三元体系界面张力的耗散颗粒动力学模拟

采用耗散颗粒动力学方法在介观层次上模拟了非离子表面活性剂Triton X-100 在油/水界面上的分布行为, 并把用于油/水二元体系界面张力的计算方法拓展到含表面活性剂的三元体系. 利用该方法可以得到与实验数值吻合的界面张力数据. 另外, 模拟结果直观展示了表面活性剂界面张力与界面密度的关系, 为表面活性剂复配增效理论提供了依据. 该模拟方法给出的微观信息可以为驱油体系配方筛选和表面活性剂有效应用提供指导.     

大分子自组装特性计算机模拟的研究

包括表面活性剂在内的大分子在溶液中可以形成聚集体的特性,使其在工业和生活领域得到广泛的应用.研究其自组装特性对生命体内两亲大分子的聚集行为以及生物矿化和仿生合成的研究均具有重要意义.本文分别从分子热力学和分子动力学的角度,对以表面活性剂为主的大分子自组装特性计算机模拟的研究进展进行了综述,分析并展望了对大分子溶液体系理论模拟研究的发展前景。     

微乳胶粒的形成与表面活性剂的作用——粗粒化力场分子动力学模拟研究

从微观机理上研究表面活性剂对微乳胶粒形成的影响有利于推动微乳状液在各个领域的应用研究．本文采用分子动力学模拟方法研究了微乳胶粒的形成过程及表面活性剂对微乳胶粒形成的影响．正十二烷（C12H26）和十二烷基硫酸钠（SDS）作为油分子和表面活性剂分子的模型,Martini粗粒化（coarse．grained,CG）力场描述分子间和分子内的相互作用,对含有不同浓度的正十二烷和表面活性剂的12个模型分别进行了100ns的分子动力学模拟．模拟结果显示,不含表面活性剂的体系迅速发生水油相分离,且分离过程伴随着势能的明显下降;含有表面活性剂的体系中,在相同时间内通过模拟得到了稳定的、表面活性剂分子包裹油分子的胶粒．对不同温度下模拟得到的数据分析发现,胶粒形成初期的动力学特征可以近似地表达为二级反应,聚集活化能为14．6kJ／mol．     

表面活性剂溶液行为的粗粒化模拟

分子动力学模拟技术目前已经成为了研究表面活性剂有序聚集体的不可或缺的工具之一。近几年来,粗粒化模拟方法克服了传统的介观模拟和精细力场模拟的缺点,既能够重现自组装体系的热力学或者结构方面的信息,又极大地拓展了模拟体系所能达到的空间和时间尺度,逐渐成为了计算领域的一个热点。本文综述了近几年来表面活性剂粗粒化分子动力学模拟的最新发展状况,分别就不同粗粒化模型的建模策略、作用势能表达、参数拟合和模型评价等问题作了详细的介绍,并通过实例说明了粗粒化力场对表面活性剂体系的适用性。在此基础上,指出了发展粗粒化力场过程中所面临的一些关键性问题,这对于表面活性剂溶液行为的粗粒化模拟具有重要的意义。     

分子模拟方法考察泡沫生成能力

采用分子模拟的方法研究表面活性剂的泡沫生成能力, 以界面形成能作为考察泡沫体系中液膜界面积的量化依据, 研究了泡沫液膜厚度、表面活性剂分子界面密度以及表面活性剂类型对泡沫液膜界面形成能计算的影响. 通过与实验结果相对应, 建立了界面形成能和泡沫生成能力之间的联系.     

小角X射线散射表征AOT/水层状溶致液晶的有序性

用小角X射线散射研究了AOT/水层状溶致液晶的有序性. 通过对散射曲线的解析, 讨论了表面活性剂浓度、温度和助表面活性剂等三个方面对溶致液晶层状相结构有序性的影响. 在一定的范围内, 提高温度, 改变表面活性剂浓度和加入少量助表面活性剂可使碳氢链排列由稀疏转变为密实, 层状相也相应地由“柔性双层”过渡到更加有序化的“平面双层”. 基于形状因子和体系内分子间作用力, 提出了层状相形成与有序化的机理, 同时采用分子模拟的方法展现了不同浓度下的液晶结构.     

不同体系中油酸甲酯与烷基苯磺酸盐协同效应研究

研究了表面活性剂/盐/模拟油体系与表面活性剂/碱/模拟油体系中油酸甲酯与表面活性剂协同效应机理.结果表明两种体系中协同效应机理不同.在盐体系中,油酸甲酯主要通过改变油相的等效烷烃碳数(EACN) 影响表面活性剂在油水相分配.而碱体系中,油酸甲酯影响表面活性剂在油水相分配从而影响界面张力；另一方面,油酸甲酯吸附在界面上顶替表面活性剂分子影响界面张力.对于不同结构表面活性剂,两种作用竞争的结果不同.     

油/水界面表面活性剂的复配协同机制

采用耗散颗粒动力学(DPD)方法模拟了椰油酸二乙醇酰胺(6501)分别与十二烷基-α-烯烃磺酸钠(DAOS)、椰油酰胺丙基二甲基甜菜碱(CAB)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)复配体系中表面活性剂在油/水界面的排布行为, 探讨了盐度及分子结构对单一和复配表面活性剂界面活性的影响, 从界面效率、界面密度和分子排布等角度讨论了油水界面表面活性剂混合体系的复配协同增效机制.     

聚合物PVP与表面活性剂AOT相互作用的介观模拟

用耗散颗粒动力学模拟(DPD)方法研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠(AOT)之间的相互作用.在三维模拟格子中,聚合物链均方末端距〈r²〉随着表面活性剂浓度的增加呈现一种首先减小,接着增加,然后又减小的趋势.构型和结构分析表明,AOT的加入能够引起聚合物链的二面角分布发生改变,这意味着AOT与PVP产生了相互作用.同时表面活性剂/聚合物体系的聚集形态也可以在DPD三维模拟格子中直观显现出来.     

表面活性剂与高分子链混合体系的模拟

计算机模拟了高分子链对表面活性剂胶束形成过程的影响，以及高分子链构象性质随胶束化过程的变化.结果表明,当高分子链与表面活性剂之间的相互作用强度超过临界值后，高分子链的存在有利于表面活性剂胶束的形成.临界聚集浓度（CAC）与临界胶束浓度（CMC）的比值CAC/CMC随高分子链长的增大和相互吸引作用的增强而减小.在CAC之前，高分子链与表面活性剂分子只有动态的聚集；但在CAC之后，表面活性剂胶束随表面活性剂浓度X的增加而增大，并静态地吸附在高分子链上，形成表面活性剂/高分子聚集体.随着表面活性剂分子的加入，高分子链的均方末端距和平均非球形因子先保持恒定；从X略小于CAC开始， 和快速减小，至极小值后又逐渐增大.模拟结果支持高分子链包裹在胶束表面的实验模型.     

Molecular behavior and synergistic effects between sodium dodecylbenzene sulfonate and Triton X-100 at oil/water interface

Significant synergistic effects between sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS) and nonionic nonylphenol polyethylene oxyether, Triton X-100 (TX-100), at the oil/water interface have been investigated by experimental methods and computer simulation. The influences of surfactant concentration, salinity, and the ratio of the two surfactants on the interfacial tension were investigated by conventional interfacial tension methods. A dissipative particle dynamics (DPD) method was used to simulate the adsorption properties of SDBS and TX-100 at the oil/water interface. The experiment and simulation results indicate that ultralow (lower than 10(-3) mN m(-1)) interfacial tension can be obtained at high salinity and very low surfactant concentration. Different distributions of surfactants in the interface and the bulk solution corresponding to the change of salinity have been demonstrated by simulation. Also by computer simulation, we have observed that either SDBS or TX-100 is not distributed uniformly over the interface. Rather, the interfacial layer contains large cavities between SDBS clusters filled with TX-100 clusters. This inhomogeneous distribution helps to enhancing our understanding of the synergistic interaction of the different surfactants. The simulation conclusions are consistent with the experimental results.     

The array and interfacial activity of sodium dodecyl benzene sulfonate and sodium oleate at the oil/water interface

There is a close correlation between the interfacial activity and the adsorption of the surfactant at the interface, but the detailed molecular standard information was scarce. The interfacial activity of two traditional anionic surfactants sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) and sodium oleate (OAS) were studied by experimental and computer simulation methods. With the spinning drop method and the suspension drop method, the interfacial tension of oil/aqueous surfactant systems was measured, and the influence of surfactant concentration and salinity on the interfacial tension was investigated. The dissipative particle dynamics (DPD) method was used to simulate the adsorption of SDBS and OAS at the oil/water interface. It was shown that it is beneficial to decrease interfacial tension if the hydrophobic chains of the surfactant and the oil have similar structure. The accession of inorganic salts causes surfactant molecules to form more compact and ordered arrangements and helps to decrease the interfacial tension. There is an osculation relation between interfacial density and interfacial activity. The interfacial density calculated by molecular simulation is an effective parameter to exhibit the interfacial activity.     

Computer simulation of adsorption kinetics of surfactants on solid surfaces

Adsorption kinetics of surfactants on solid surfaces has been studied by using computer simulation. Both bulk surfactant concentration and diffusion region are explicitly integrated in our model. Depending on the head-surface interaction, our simulation results indicate that there exist two different kinetic modes in adsorption process of surfactants on solid surfaces. One is the four-regime mode and the other is step-wise mode. For the strongly attractive head-surface interaction, four distinct regimes of surfactant adsorption are found: a diffusion-controlled regime, a self-assembly controlled regime, an intermediate coverage regime and a saturated regime. In particular, the adsorption in second regime displays a power-law time dependence with an exponent unrelated to bulk concentrations and diffusion coefficients. While for the weaker adsorption surfaces, the step-wise mode is found. The mode includes a low-coverage nucleation regime and the saturated regime after a sudden aggregation of surfactants on the substrates which occurs stochastically. Besides the head-surface interaction, in this work, the effects of surfactant diffusivity, bulk concentration, the length of diffusion zone and surfactant architecture on the adsorption kinetics are also considered. The simulated adsorption kinetics is compared qualitatively with experimental results.     

大离子诱导聚电解质/表面活性剂复合物的解离

采用分子动力学模拟方法研究了大离子与聚电解质/表面活性剂复合物的相互作用, 考察了大离子的电性、直径、表面电荷、浓度等对其与复合物相互作用的影响. 结果表明, 与聚电解质所带电性相同的大离子对复合物作用不明显, 只有当大离子所带电荷较多时, 才会引导少量表面活性剂从复合物中脱离. 当大离子所带电荷与聚电解质所带电荷电性相反时, 大离子的加入会诱导复合物的解离, 表面活性剂从复合物中释放出来, 甚至导致聚电解质/表面活性剂复合物的完全解离, 从而形成聚电解质/大离子复合物; 大离子所带电荷越多, 诱导作用越明显. 大离子的直径及浓度对其与复合物之间的作用也有很大的影响, 对于所带电荷数相同的大离子而言, 直径越小, 其与复合物的作用越显著, 越容易引导表面活性剂从复合物中解离, 若大离子的表面电荷密度相同, 大离子直径越小, 反而与复合物的作用越弱; 大离子浓度越高, 越易引起复合物的解离, 复合物中聚电解质链上结合的大离子数增多直至饱和, 相应的会出现电荷反转现象.     

表面活性剂与聚合物相互作用的动力学模拟

用扩散颗粒动力学模拟方法（Dissipative Particle Dynamics，DPD）模拟了 中性聚合物与离子型表面活性剂的相互作用。在分子水平上研究了介于微观和宏观 上的一些性质，直观地用三维图形描绘了聚合物在表面活性剂溶液中的聚集形成， 并通过聚合物的末端的变化表征了聚集过程。结果发现：随着表面活性剂浓度的增 加，聚合物呈现自由伸缩→形成松散的棒状结构→再出现胶束状珍珠链结构→最终 在六角状和层状相中分布的过程。DPD模拟方法能够直观地得到聚合物在表面活性 剂溶液中的聚集形态。     

烷基苯磺酸盐在油水界面行为的介观模拟

采用耗散颗粒动力学(DPD)方法在介观层次上模拟了表面活性剂烷基苯磺酸盐在油/水界面的排布行为, 考察了分子结构、浓度、盐度、油相等因素对表面活性剂界面密度和界面效率的影响, 并探讨了利用表面活性剂复配协同效应提高界面活性的理论机制. 分子模拟给出的分子水平的微观信息为强化采油技术中配方筛选和表面活性剂的有效应用提供指导.