高分子玻璃化转变过程的分子动力学模拟本科教学实验

玻璃化转变是高分子专业教学中的重要内容,转变过程中自由体积的变化和分子链段的运动是理解玻璃化转变的难点。在计算机上使用分子模拟的方法得到三维的可视化图形,可以更直观地观察到自由体积和分子链的变化。提炼近年分子模拟技术在玻璃化转变研究中的最新科研成果,得到既有理论基础又适合本科教学的课程素材。分子模拟可以实现了仪器测试无法达到的超快速升降温,并与仪器测试得到的实验结果相对照,验证了普通实验很难验证的理论观点,从而拓展了本科实验的范围,达到了很好的教学效果。     

分子模拟技术在高分子科学实验中的应用

分子模拟技术是一项成熟的、有潜力的计算机实验技术,计算机具备高速稳定的图形处理能力,可以将实验结果以数据和图形的形式呈现出来,数据库技术可以方便的提取和存储各种分子模型和聚合物片段,通过可视化的三维图形的让学生更容易理解高分子科学的抽象概念,分子动力学的计算方法以牛顿力学为基础,在一定力场下建立周期性边界条件模型,通过几何构型优化和动力学运算,直观地了解到高分子的近程结构和聚集态结构,计算得出普通高分子实验无法得到微观相态结构,丰富了实验内容,开拓了高分子科学实验的新领域。     

基于Diels-Alder反应与原子转移自由基聚合制备核壳型碳纳米管-笼型倍半硅氧烷杂化材料

通过糠醇与溴代异丁酰溴的酯化反应制备了溴代异丁酸呋喃甲酯,其与多壁碳纳米管(MWNT)发生Diels-Alder环加成反应得到了原子转移自由基聚合(ATRP)的引发剂(MWNT-Br),MWNT-Br通过ATRP反应引发了八丙烯酸酯基笼型倍半硅氧烷(POSS)的聚合,从而实现了POSS对多壁碳纳米管的包覆,通过对MWNT-Br中溴代异丁酸呋喃甲酯接枝量的控制,包覆POSS层的厚度可以从5 nm、10 nm到15 nm精确调节.