高分子/单链高分子纳米粒子复合体系中的界面性质

高分子与纳米粒子复合是改善高分子材料性能的有效途径.近20年来关于高分子/纳米粒子复合物的研究引起了学术界广泛的兴趣.然而由于此类体系中的影响因素复杂,虽然学者们在相关材料性能的研究方面取得了重要进展,但是相关理论的发展却相对滞后,其中一个重要原因是实验上表征手段的缺失,导致对体系中纳米粒子与本体高分子链相互作用规律的认识(尤其是两者界面性质的认识)不够.本文总结和阐述了我们近几年利用分子动力学模拟技术研究高分子/单链高分子纳米粒子复合体系的主要结果,并围绕此类复合体系中的界面结构及动力学性质,讨论并总结了纳米粒子对本体高分子链的作用范围及影响规律,指出单链纳米粒子对熔体链的作用范围与纳米粒子的自身尺寸相当,而与熔体高分子链的分子量没有直接的关系.该结论将为纳米复合体系高分子理论的发展提供重要参考.     

高分子单链的研究进展

随着纳米科技在高分子领域的不断升温,高分子单链凝聚态的研究引起了人们的广泛重视。高分子单链以纳米尺度的微粒孤立存在,不存在分子链之间的几何缠结。本文综述了近年来国内外高分子单链的研究进展。首先介绍了高分子单链的主要制备方法如喷雾法、冷冻干燥法、微乳液聚合法、反向沉淀法以及表面扩展膜法,接着详细介绍了高分子单链的表征技术及高分子链构象的计算机模拟技术,最后介绍了高分子单链及单分子胶束在制备金属纳米粒子领域的应用,并展望了高分子单链的研究领域和方向。     

高分子在受限稀溶液中的结构和动力学性质

利用平衡态及非平衡态耗散粒子动力学模拟方法, 分别研究了平衡态和流场作用下受限高分子在稀溶液中的链结构和动力学. 采用没有滑移和密度涨落的边界条件模拟纳米管道环境, 进而研究了高分子回转半径和扩散系数对受限强度及高分子与溶剂间相互作用的依赖关系. 在非平衡态模拟中, 分别考虑了Poiseuille和Couette两种流场. 研究发现, 在这两种流场作用下, 高分子都随着溶剂与高分子排斥作用的降低而向管道中心迁移. 在强流场下, 在Poiseuille流场中高分子密度呈现出双峰分布, 而在Couette流场中则呈现为单峰分布.     

现代高分子物理课程系列漫谈——溶液中高分子单链自由能

针对休克尔分子轨道(HMO)理论中只考虑相邻原子轨道相互作用的缺点,提出了一种改进的HMO模型,明确考虑间位碳原子共振积分,采用对称性匹配的分子轨道,得到了π共轭体系的能级公式,发现分子对称性降低可产生额外稳定化能,从而正确解释了纯碳环C2n分子稳定结构中键角交替变化规律,为理解二级Jahn-Teller效应提供了新思路。     

现代高分子物理课程系列漫谈——溶液中高分子单链自由能

高分子单链自由能表达式对于推导及理解高分子尺寸对聚合度的标度依赖关系至关重要,本文提供了一个基于Flory格子模型的推导溶液中高分子单链自由能的新方法。该方法消除了高分子物理教学过程中高分子溶液部分知识点的割裂问题。此外,由该方法得到的单链自由能表达式可将不同性质溶剂(即良溶剂、不良溶剂和θ溶剂)中高分子尺寸与聚合度的标度关系的推导过程统一起来,帮助学生理解各个知识点之间的深层次关系,并由此感受高分子物理之美。     

高分子浓溶液相分离动力学的Monte Carlo模拟

运用链动力学MonteCarlo方法模拟了高分子浓溶液的spinodal相分离动力学过程 .结果表明 :分相早期 ,散射峰的位置向左移动 ,不符合经典的Cahn Hilliard线性理论 ;分相后期 ,聚合物相形态处于逾渗状态 ,结构因子可以被标度化 ,且基本符合相应的Furukawa标度律 .模拟结果与相关实验相符 .揭示了线团尺寸在深度淬冷过程中先急剧收缩、然后随相分离的进行而逐步上升的复杂变化 ,表明链动力学MonteCarlo方法能同时考察高分子链的构象变化和多链体系的分相过程以及两者的关联     

高分子稀溶液粘度的浓度依赖性

综述了高分子稀溶液粘度浓度依赖性的物理起源问题。对原有理论的不足作了分析,并论述了新近出现的团簇理论对理解此问题所作出的贡献。     

高分子单链凝聚成与线团相互穿透的多链凝聚态

高分子单链凝聚态由于链内链结构单元间存在范德化吸引作用,高分子链呈打圈链构象,而多链凝聚态由于链内链单元间的吸引作用被与相互穿透的近邻链的单元间吸引作用所屏蔽,高分子链呈高斯链构象。本文简要介绍单链凝聚态试样的制备方法,单链单晶体、单链玻璃体、溶胀的单链高弹态拉伸等的实验观察,并提出从单链凝聚态到多链凝聚态的转变过程问题,即高分子线团的相互穿透过程,目前还缺少基础了解。     

良溶剂中环形高分子单链的结构与动力学性质的模拟研究

本文采用多粒子碰撞动力学与分子动力学耦合的模拟方法研究了环形高分子单链在良溶剂中的静态与动态性质,并与线形分子进行了对比.研究发现,环形高分子链内粒子之间的平均距离小于线形链,即粒子排列得更加紧密;相应的均方回转半径也小于线形链,线形链与环形链的均方回转半径的比值为1.77;同时,环形链扩散的速度也比线形链快,两者比值为1.10.模拟结果揭示了扩散行为是排斥体积作用和流体力学相互作用耦合的结果,在扩散过程中,流体力学相互作用消减了排斥体积作用对扩散行为的贡献.此外,通过对有和没有流体力学相互作用的多粒子碰撞动力学得到的结果作对比,研究了流体力学相互作用对高分子静态和动态行为的影响,结果表明,流体力学相互作用使高分子链在极稀溶液中的扩散速度变快.     

化学弛豫法进行催化动力学分析的探索

化学弛豫动力学是研究快速反应的一种重要手段［１］,特别适合于研究复杂的生物化学体系［２］．若某一反应体系在固定的外界条件下先期达到平衡,然后给该体系一个外（或内）参量跃变的扰动,使体系偏离平衡,体系经弛豫过程将达到新的平衡,用不同的检测方法可求出弛豫...     

单链高分子在纳米孔隙中的跨膜输运问题

针对单链高分子通过薄膜上纳米孔隙的输运这一现象分别首次实验和理论方面介绍了现今的研究进展情况.文中以理论和实验上共同关注的单链高分子跨膜输运的平均通过时间问题展开论述.具体地,作者考察了薄膜的厚度、薄膜的曲率、膜两侧的溶剂性质、单链高分子聚集态的变化以及链间相互作用等因素对输运过程的影响,并讨论了与这些因素相对应的实际应用.同时,分别对几个研究组的实验结果、解析以及模拟的理论结果进行了分析比较,旨在促进这一现象在相关领域的研究.     

高分子稀溶液中偏离Huggins方程式的五种情况

在对高分子溶液的粘度研究中发现,在稀溶液中会出现五种偏离Huggins方程式的情况。本文就这五种情况作了较为详细的介绍,尤其就高分子－高分子和高分子－溶剂分子间的相互作用对二元体系（溶剂－聚合物）和三元体系（溶剂－聚合物A－聚合物B）粘度的影响进行了深入的讨论。     

高分子稀溶液粘度方程中Huggins系数的新解释

高分子稀溶液的粘度常用 Huggins方程 [1] 描述 ,即ηsp/ c=[η] +k H[η] 2 c ( 1 )式中的系数 k H(称为 Huggins系数或斜率常数 )通常认为是一个表征高分子在溶液中的流体力学和热力学相互作用的无量纲数值因子 ,应是一个和分子量无关的常数 .但是早在 50年代初就已发现 ,高分Fig. 1　 Variation of k H with intrinsic viscosity forpolystyrene in toluene or benzene at2 5℃The line is calculated from eq.( 9) with A=5.54andB=0 .0 535for PS in toluene.● PS in benzene;△ oligomeric PS in benzene; PS in toluene;× …     

支化高分子稀溶液粘度的浓度依赖性

自缔合平衡常数;支化高分子稀溶液粘度的浓度依赖性     

溶液中尼龙11的NMR弛豫研究

用 2DNMR(HMQC)技术归属了溶液中尼龙 11分子的主要1H和13 C NMR共振信号 ,并通过变温和变浓度 1H NMR弛豫时间的测定 ,得到了尼龙 11溶液中氢键结构变化的动力学信息 .结果表明 ,溶液中尼龙 11分子的弛豫行为与一般高聚物不同 ,随着温度升高 ,尼龙链间相互作用逐渐减弱 ,尼龙分子与溶剂小分子间相互作用逐渐增强 ,尼龙链间氢键逐渐离解 ,而离解出来的自由NH和CO基团又与溶剂小分子间生成氢键 .尼龙 11链卷曲堆积成无规线团状 ,一部分溶剂被包裹在内部并和α CO质子成为一个整体而一起运动 .变浓度实验弛豫过程呈现双指数特性 ,快弛豫部分随体系浓度增加而增多 ,表明聚合物溶液中凝聚缠结含量的增大 ,这种凝聚缠结是由溶液中氢键引起分子链物理交联成网而形成的 .随着浓度增加 ,溶液逐渐变成局部粘度较大的类似软固体     

多分散高分子的稀溶液粘度-浓度依赖性

依据最近提出的关于单分散高分子的稀溶液粘度的团簇理论,对多分散高分子的稀溶液粘度的浓度依赖性进行了更新的理论分析。最后得到一个新的多分散高分子的稀溶液粘度与浓度的关系式。实验研究表明,该关系式是与实验数据相一致的。     

利用指数律了解溶液中复杂高分子单链及聚集态结构的形状特征

高分子在溶液中的单链构象和聚集态结构是高分子科学的重要内容,在研究中往往应用到许多指数经验规律. 总结了几种通常用来研究高分子溶液的指数律方法,并介绍了指数律如何应用于复杂高分子单链及聚集态结构的形状特点研究. 通过前体溶液的调控实现对薄膜凝聚态结构以及形貌的操纵是一种新思路、新方法. 因此,深刻认识高分子在前体溶液中的本征性质尤为重要. 通过指数律研究,结合电镜、光谱等方法,可深入研究高分子溶液单链、聚集尺寸及形态结构演变与各层次结构单元的运动过程及规律,为高分子材料的分子设计、功能开发及应用奠定理论基础.     

微通道中高分子运动的耗散粒子动力学模拟

对不同长度及不同数量的高分子链在微直通道及微缩通道中的流动进行了模拟与分析.研究表明,高分子链的伸展状态与微通道的形状密切相关,微直通道中高分子链能较充分地伸展,方形微缩通道中高分子链未能充分伸展,而斜坡微缩通道中高分子链的伸展状态介于微直通道与方形微缩通道之间.高分子的存在对微通道系统的温度没有明显影响,对密度与水平流动速度有较明显的影响.高分子链的运动直接影响到周围的简单流体粒子,降低其周围流体粒子的流动速度,对密度与速度产生局部扰动,形成"拖曳"现象.高分子链分布越密集,长度越长,高分子链的拖曳现象越明显.     

交联网络和浓溶液中高分子链运动的NMR研究 Ⅱ质子自旋-自旋弛豫与凝胶和浓溶液体系中高分子链段运动

用自旋－自旋弛豫时间考察了线型聚苯乙烯溶液与溶胀交联聚丙烯酰胺－丙烯酸凝胶的质子弛豫行为。发现在溶胀交联体系中，不论交联度高低，聚丙烯酰胺－丙烯酸质子的弛豫时间弛豫都呈现出双指数衰减特征；而在线型溶液体系中，聚苯乙烯质子的弛豫时间弛豫符合单指数衰减特征。说明在线性聚苯乙烯溶液中，高分子的链段运动是一种均匀行为，而在溶胀交联聚丙烯酰胺－丙烯酸体系中，不论交联度高低，高分子链段运动始终存在快慢不同的两部分。     

高分子混合物溶液在极稀浓度区的粘度异常行为

上世纪50年代初人们就发现,高分子溶液的粘度在极稀浓度区往往表现出异常行为,即当浓度低于某一特定值后,比浓增比粘度-浓度图偏离预计的线性关系,出现上弯或下弯的曲线.