拉伸取向聚合物2H NMR谱的键涨落模型Monte Carlo模拟

采用三维键涨落模型（BFM）的Monte Carlo计算机模拟方法,模拟了两种分别具有高取向和低取向链微观结构的拉伸取向聚合物²H NMR谱. 讨论了排除体积效应与链的均方末端距分布对²H NMR谱线的影响. 结果表明,排除体积效应对高取向和低取向聚合物²H谱劈裂的影响是不同的,较小均方末端距的链决定²H谱劈裂,而较大均方末端距的链使²H谱产生长的拖尾. 采用BFM计算机模拟与²H NMR实验的结合是研究拉伸取向聚合物网络微观结构的有力手段.     

Elastic Behavior of Polymer Chains

在三维非格子模型中研究了高分子链的弹性行为. 使用蒙特卡罗方法在构相空间中对高分子链抽样,每种链都得到了超过109个样本,然后使用类橡胶弹力的非高斯理论对这些样本进行数值分析并进行统计分析. 通过观测链柔性以及伸长量对高分子链的均方末端距、平均能量、平均赫尔姆霍兹自由能、弹力、能量对弹力的贡献和熵对弹力的贡献等性质的影响,发现刚性链比柔性链更加容易被拉伸. 而由于熵的作用,当拉伸长度大到一定程度时,刚性链的拉伸难度会大大增加.     

单链DNA在受限环境中伸展的Monte Carlo模拟

将MonteCarlo方法和键长涨落算法相结合,模拟了受限于两平行平面间的单链DNA分子在外力作用下的伸展以及撤除外力以后弛豫的动力学过程,研究了受限程度对DNA分子的伸展长度及弛豫过程的影响.结果表明,随着受限程度的增加,DNA分子链的构象更加伸展,这主要是由于随着平面间距的减少,DNA分子不同链段之间流体力学相互作用将会被平面屏蔽所致,受限程度不同时DNA分子的弛豫过程进一步证实了这一点.DNA分子的伸展长度(即末端距)随着流速的变化关系与文献给出的实验结果及其对此所做的理论分析是基本一致的.     

脱氧核糖核酸柔性的分子动力学模拟:Amber bsc1和bsc0力场的对比研究

脱氧核糖核酸(DNA)的结构柔性对DNA生物功能的实现具有重要作用,全原子分子动力学模拟是一种研究DNA结构柔性的重要方法.DNA的分子动力学力场在Amber bsc0基础上有了进一步的发展,即Amber bsc1.本文采用基于最新bsc1力场和先前bsc0力场的分子动力学模拟对DNA的宏观柔性和微观柔性进行对比研究,发现力场的改进对DNA宏观柔性参量的预测有一定改善,即所预测的拉伸模量和扭转-伸缩耦合比与实验值更为接近,而弯曲持久长度和扭转持久长度两种力场结果皆与实验值一致.微观分析发现,除了滑移量稍变大,bsc1力场得到的微观结构参量如扭转角和倾斜角与实验值更为接近,且新力场下DNA宏观柔性的改善与DNA的微观结构参量及其涨落紧密相关.     

(MgB2)n(n=1～3)团簇结构与性质的密度泛函研究

用密度泛函理论(DFT)的杂化密度泛函B3IJYP方法在6-31G*基组水平上对(MgB2)n(n=1～3)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测各团簇的最稳定结构,并对其振动特性、成键特性、极化率和超极化率等性质进行理论研究.结果表明,团簇的几何结构大多是平面结构,团簇的稳定结构中通常是几个呈负电性的B原子形成一个负电中心,而其他B原子和Mg原子处在端位,且显正电性,Mg原子的自然电荷在 0.559e～ 0.920e之间,B原子的自然电荷在-0.724e～ 0.197e之间;团簇中通常是B-B键和B-Mg键共存,较少出现Mg-Mg键,计算得到的B-B键键长在0.153～0.182 nm之间,B-Mg键键长在0.218～0.231 nm之间.     

Molecular Dynamics Simulation of Temperature-dependent Flexibility of Thermophilic Xylose Isomerase

构建了嗜热栖热菌木糖异构酶与底物木糖的复合物模型,并运用NAMD2.5软件对其在300 和360 K下进行了10 ns的分子动力学模拟. 对该酶的回旋半径、亚基间相互作用及残基柔性进行了计算与统计分析,确定了该酶在360 K时柔性残基及区域. 研究发现与300 K相比,360 K时木糖异构酶中B-因子增幅较大的残基主要可分为两组：一组位于催化结构域,是由残基55～80组成的helex-loop-helix区域,另一组位于其亚基界面上. 研究表明高温下该酶催化结构域回旋半径增加,可能加速了活性中心的运动从而有利于D-木糖的异构化反应.在360 K时亚基界面上减少了8个氢键和5个离子对,这可能也是高温下其整体结构刚性下降并且活性升高的主要原因,该结果也对文献报道的该酶E372G突变体冷适应的实验现象进行了解释. 研究结果揭示了嗜热栖热菌木糖异构酶温度和结构柔性之间的关系.     

两嵌段高分子链在周期管道内扩散的Monte Carlo模拟

高分子链在纳米管道内的静态和动态特性与许多生物技术和生命过程相关.采用Monte Carlo方法模拟研究了两嵌段高分子链(ANABNB)在周期管道内的扩散过程.管道由长度相等的α和β两部分周期排列而成,其中α部分与高分子链A嵌段间存在吸引相互作用,而其他情形均为纯排斥作用.模拟结果表明,高分子链的扩散过程显著依赖于A嵌段长度,且扩散系数随A嵌段长度呈周期变化.通过对链与管道间的吸引作用能图像分析发现,在扩散系数峰位置,A嵌段的投影长度为管道周期长度的整数倍,同时高分子链的扩散规律与均质链在均质管道内的扩散规律一致;在扩散系数谷附近,A嵌段的投影长度为管道周期长度的半整数倍,同时扩散过程存在一系列明显的受限阶段,高分子链在不同的受限位置间跳跃转移.研究结果有助于嵌段高分子链的序列分离和可控输运.     

位阻效应对受阻酚杂化体系阻尼机理的影响

针对尚未解决的受阻酚结构变化与杂化体系阻尼机理间关系的问题,本文采用分子动力学模拟方法构建了三种受阻程度不同的受阻酚/聚合物杂化体系,从理论上探讨了位阻效应对阻尼机理的影响.对体系氢键相互作用、结合能、相对自由体积及扩散系数进行模拟分析表明,位阻效应对受阻酚分子内氢键相互作用有显著的弱化效果,可减少小分子团聚倾向,有利于小分子与聚合物分子间氢键相互作用的形成.但是,过高的位阻对小分子运动有阻碍作用,不利于小分子与聚合物形成强烈的氢键键合,也即不利于杂化体系阻尼性能的提高.因此,如何选择受阻程度适中的受阻酚是制备高阻尼杂化材料的一关键要素.     

[Mg(NH2)2]n(n=1—5)团簇的密度泛函理论研究

用密度泛函理论的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G*基组水平上对[MS(NH2)2]n(n=1-5)团簇各种可能的构型进行几何结构优化,预测了各团簇的最稳定结构.对最稳定结构的振动特性、成键特性、电荷特性等进行了理论研究.结果表明:团簇易形成链状结构,Mg-N键长为0.190-0.234 nm,N-H键长为0.101-0.103 nm,H-N-H键角为100.2°-107.5°;团簇中Mg原子的自然电荷在1.585e-1.615e之间,N原子的自然电荷在-1.551 e--1.651 e之间,H原子的自然电荷在0.369e-0.403e之间,-NH2基的自然电荷在-0.784e--0.845e之间,Mg原子和-NH2基之间相互作用呈现较强的离子性.团簇结构及光谱与晶体比较表明,-NH2基在团簇和晶体中均保持其完整性.     

位阻效应对受阻酚杂化体系阻尼机理的影响

针对尚未解决的受阻酚结构变化与杂化体系阻尼机理间关系的问题,本文采用分子动力学模拟方法构建了三种受阻程度不同的受阻酚/聚合物杂化体系,从理论上探讨了位阻效应对阻尼机理的影响.对体系氢键相互作用、结合能、相对自由体积及扩散系数进行模拟分析表明,位阻效应对受阻酚分子内氢键相互作用有显著的弱化效果,可减少小分子团聚倾向,有利于小分子与聚合物分子间氢键相互作用的形成.但是,过高的位阻对小分子运动有阻碍作用,不利于小分子与聚合物形成强烈的氢键键合,也即不利于杂化体系阻尼性能的提高.因此,如何选择受阻程度适中的受阻酚是制备高阻尼杂化材料的一关键要素.     

位阻效应对受阻酚杂化体系阻尼机理的影响

针对尚未解决的受阻酚结构变化与杂化体系阻尼机理间关系的问题,本文采用分子动力学模拟方法构建了三种受阻程度不同的受阻酚/聚合物杂化体系,从理论上探讨了位阻效应对阻尼机理的影响.对体系氢键相互作用、结合能、相对自由体积及扩散系数进行模拟分析表明,位阻效应对受阻酚分子内氢键相互作用有显著的弱化效果,可减少小分子团聚倾向,有利于小分子与聚合物分子间氢键相互作用的形成.但是,过高的位阻对小分子运动有阻碍作用,不利于小分子与聚合物形成强烈的氢键键合,也即不利于杂化体系阻尼性能的提高.因此,如何选择受阻程度适中的受阻酚是制备高阻尼杂化材料的一关键要素.     

单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响

采用粗粒化模型,应用分子动力学方法研究了单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响.通过改变纳米粒子与聚合物单体之间作用方式(吸引作用或排斥作用)、纳米粒子与聚合物单体之间作用强度和聚合物分子链的长度,计算整个系统和局部区域的有序参数,研究了三个不同因素下纳米粒子对聚合物结晶行为的不同影响.研究表明,在聚合物基体中添加单个纳米粒子,纳米粒子对整个系统的结晶影响不明显,但是纳米粒子对其周围聚合物单体的结晶存在局部强化作用.当纳米粒子与聚合物单体之间为吸引作用且作用强度较大时,纳米粒子对聚合物结晶表现出明显的局部强化作用,聚合物分子链长度也有着一定的影响,在较大吸引作用强度下,长链样本比短链样本有着更为显著的局部强化作用.     

液晶聚合物/柔性链聚合物共混体系相分离形态

利用元胞动力学方法在二维情况下对浓度、取向序参量的含时Ginzberg Landau方程进行数值求解 ,研究了液晶聚合物 /柔性链聚合物共混体系的相分离动力学 ,考察了浓度、取向有序过程的耦合对相分离形态的影响 .结果表明 ,此耦合作用对相分离的时间进程以及相分离图样的空间排布都有影响 .液晶聚合物的取向有序相当于增加了两组分间的不相容性而促进两相分离 ;两个序参量在热力学方面的耦合使液晶聚合物趋向于沿着界面方向取向 ,而动力学方面的耦合使液晶聚合物分子沿着其取向方向扩散 ,相分离图样的空间排布由这两种效应共同决定 .通过极化率张量的定义用数值方法模拟得到了相分离体系的小角光散射图样 ,结果表明 ,散射强度分布具有方位角依赖性 ,它是由浓度、取向序参量的空间变化共同决定的 .     

弯曲振动薄圆盘的共振频率和等效电路参数研究

机电等效电路是分析复合换能器常用的一种解析方法, 但对薄圆盘而言, 由于弯曲振动的复杂性, 其等效集中参数很难获得, 该方法很少被应用. 本文从分布参数系统与集中参数系统等效角度, 根据动能相等原则和势能相等原则, 给出了弯曲振动薄圆盘的集中参数: 等效质量和等效弹性系数, 得到了共振频率方程, 并用ATILA软件模拟了其振动分布情况, 可以看出解析结果与数值结果趋于一致. 最后给出了分析复合振动系统时薄圆盘集中参数模型的等效电路. 本文的结果对弯曲振动复合换能器的设计提供了理论参考.     

S弯曲聚合物热光型可变衰减器的特性

提出一种热光聚合物可变光衰减器(VOA)的设计分析,利用S弯曲的波导提高衰减效率,BPM法模拟中验证其衰减动态范围可达60 dB,实现60 dB的衰减计算功耗为60 mW,附加弯曲损耗小于0.3 dB.并且具有很好的极化独立性,串扰低,尺寸小,易于集成.     

N_2O在Y_n(n=2-7)团簇表面的自然解离

运用第一性原理,研究了N2O在Yn(n=2-7)团簇表面吸附机理.结果表明:N_2O吸附于Yn(n=2-7)团簇表面时,不需要克服任何能垒而自然解离.吸附导致了主团簇Y原子平均键长增大,体系表现出了巨大的吸附能(约为8-10 e V).吸附对体系化学活性的影响具有一定的尺寸依赖性.在所有团簇中,Y_6N_2O吸附能最大,化学性质最稳定.     

星形两嵌段共聚高分子薄膜微相分离的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟研究了两类典型的星形两嵌段共聚高分子薄膜的微相分离行为. 结果表明,(A_x)₄(B_y)₄体系的相图较(A_xB_y)₄体系具有明显的对称性,且前者比后者更易发生相分离,与体相中的情况相近,并可归因于两类星形高分子在结构上的差异;组成相同的星形共聚高分子体系在体相与薄膜中所形成的介观结构之间存在对应关系;减小薄膜厚度与加大A-B组分间排斥强度均有利于增强所形成结构的有序性. 同样是缘于分子结构差异,两类星形高分 子薄膜中的均方回旋半径随体系组分分率的变化规律几乎相反.     

Dissipative Particle Dynamics Simulation of Microscopic Properties in Diblock Copolymer Films

利用耗散粒子动力学模拟方法研究了两嵌段共聚高分子薄膜中的一些微观性质. 结果表明：薄膜中共聚高分子链的均方根末端距2_e>^1/2、均方根回旋半径2_g>^1/2与薄膜厚度l、不同粒子间的相互作用强度a_ij、粒子与薄膜边界间的排斥作用强度a_pb均呈线性关系,而均方键长与a_ij、a_pb呈线性关系,随l增加则呈现出波浪形趋势. 2_e>^1/2与2_g>^1/2的变化趋势可以相互对应. 任一组分在薄膜中的密度分布可以通过其与薄膜边界间的相互作用来有效控制与调节.     

低串扰聚合物交叉耦合串联五环谐振电光开关(英文)

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口(drop端口)得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为-66dB和-54.7dB,插入损耗分别为2.34dB和0.24dB.在1GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15ps和90ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.     

空位缺陷对单层硅烯薄膜力学性能的影响

采用基于分子动力学理论的Forcite模拟软件包对含不同浓度的单、双空位缺陷硅烯薄膜的超晶胞体系进行优化,并对其力学性能进行了计算和分析.结果表明:随着空位缺陷浓度的增加,硅烯薄膜的拉梅常数、泊松比、体弹模量和剪切模量呈线性递减趋势,而由于空位缺陷附近键长的缩减导致硅烯薄膜"硬化"与空位缺陷浓度的增加导致硅烯晶格中硅原子密度降低,两种体制的竞争使得硅烯杨氏模量表现出先升高在降低的趋势.