周期性变电场下熔体静电纺丝射流的介观模拟（英文）

利用介观模拟的耗散粒子动力学法,对纺丝射流稳定直线段区域进行变电场模拟,并以三维的射流路径呈现出来.研究了不同控制频率下的变电场对聚合物分子链的运动情况、射流直径及下落行为的影响.结果表明,与稳定电场相比,周期性改变电场能够有效提高分子链的拉伸,使射流直径减小,较低的控制频率能够加速射流的下落,从而获得较细的纤维.     

熔体静电纺丝射流下落的动态变化规律

采用高速摄像法对熔体静电纺丝射流下落的动态变化规律进行研究,并采用酚醛微球作为射流的标记粒子,观察和测量射流的下落距离和拉伸率,发现射流下落过程为三维鞭动过程,存在直线下落阶段、不稳定阶段和固化阶段三个阶段。研究了不同电压时,射流下落过程中鞭动的摆动角和摆动半径的变化,并与实验测量的沉积面积比较,发现随着电压的增大,鞭动不断减小。同时,研究了射流的拉伸细化规律,发现存在三段形态变化模式:一端拉伸、多点受力的拔河式拉伸、固化稳定。     

PA6/PPS共混物介观形貌的DPD模拟

应用耗散粒子动力学(DPD)模拟方法研究了PA6/PPS共混物的介观形貌及动力学演变过程.详细分析了不同比例下PA6/PPS共混物的介观形貌、密度、扩散系数以及界面张力等变化情况,同时还考察了不同剪切速率对体系介观形貌的影响.结果表明,PA6/PPS共混物中随PA6含量的增加,PA6的介观形貌依次出现球状、柱状、层状以及连续相等结构,PA6的扩散系数大于PPS,说明PA6的加入可以改善共混物的加工流动性,这与文献报道的实验结果相一致.同时剪切速率的大小对PA6/PPS体系形貌有着重要影响.     

材料研究中的介观模拟方法

介绍了材料研究中的蒙特卡罗、元胞自动机和耗散粒子动力学三种介观模拟方法的原理和应用。重点阐述了耗散粒子动力学方法在材料研究领域中的应用,包括嵌段共聚物在水溶液中的聚集行为、聚合物和表面活性剂的相互作用、复杂流体流动的耗散粒子动力学研究、嵌段共聚物的微相分离等,除此之外,笔者还初步探索了耗散粒子动力学在熔体静电纺丝领域的...     

丁二酰亚胺类分散剂体系的介观模拟研究

以润滑油添加剂丁二酰亚胺类分散剂的分散性能为研究目标，运用耗散粒子动力学介观模拟方法考察了分散剂结构、用量、与润滑油的相互作用等因素对分散性能的影响，并用分子模拟方法估算了模拟需要的介观参数.通过恰当地定义分散性能，选择合适的模型化合物，得到了与实验研究定性一致的模拟结果.为润滑油分散剂的分子设计提供有益的理论指导.     

淀粉微球形成过程的介观模拟及实验

以环己烷为油相、淀粉乳液为水相、Span60和Tween60为乳化剂,对淀粉微球的形成过程进行了耗散粒子动力学(DPD)模拟及实验研究.模拟结果表明,淀粉微球的形成过程存在四个阶段,即淀粉与乳化剂分子无规则分散阶段、小聚集体形成阶段、球状聚集体形成阶段和稳定平衡阶段,并且发现油水比是影响聚集体是否能形成球状的关键因素.油水比小于7的条件下,油水两相分离较难,水相呈现片状、十字型状、柱状及椭球状等形状;当油水比增加到8,水相能形成微球且微球粒径随油水比增加而减小.同时实验结果表明,油水比为8时,微球粘连,几乎看不清球状形貌,油水比为10～20时,微球的粒径随油水比的增大而减小.实验结果很好地吻合了模拟结果.     

双嵌段共聚物薄膜介观结构的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics, DPD)方法模拟两平行平板间的双嵌段共聚物体系的介观结构. 模拟结果表明, 随板间距的增大, 体系分层数量的增加是不连续的, 在分层数量的增加过程中, 出现不规则结构的过渡区；聚合物链末端距随板间距的增大呈周期性振荡, 振荡幅度逐渐减小. 对模拟结果的分析表明：层状结构转变点与分层数量之间存在近似线性关系；层状结构转变点近似与共聚物链长的2/3次方成正比.     

介观层次上的计算机模拟和应用*

本文综述了近年发展起来的介观层次上的计算机模拟和应用。介绍了两种较为成熟的模拟方法: 介观动力学和耗散颗粒动力学。还介绍了介观模拟方法在胶束形成、胶体絮状物构造、乳化剂、流变学、共聚物和高分子混合形态以及通过多孔介质的流动研究中的应用。     

介观模拟方法研究高分子表面活性剂在水介质中的聚集行为

高分子表面活性剂已广泛应用于许多领域, 其构型复杂、分子量大等特点使其聚集行为不同于小分子表面活性剂. 从微观上认识其聚集行为可为应用提供指导, 因而此方面的研究倍受关注. 计算机模拟技术的发展使我们能成功地在微观或介观水平上获得高分子表面活性剂聚集行为的信息. 本文综述了耗散粒子动力学(DPD)和介观动力学(MesoDyn)在高分子表面活性剂聚集行为研究中的应用. 着重介绍了这两种介观模拟方法研究单一高分子表面活性剂溶液的相行为及其与低分子表面活性剂之间的相互作用, 揭示了实验中难以观测的微观相分离及聚集体结构形态的变化规律. 这些信息可以为实验研究提供指导和补充.     

耗散粒子动力学模拟Nafion膜和PVA/Nafion共混膜的介观结构

采用耗散粒子动力学模拟方法研究了水化Nafion膜和水化聚乙烯醇(PVA)/Nafion共混膜的微结构.模拟结果表明水化Nafion膜和水化PVA/Nafion共混膜均能形成相分离的微结构.在水化Nafion膜中,水与磺酸根混合形成管状的水团簇.随着膜内水含量增多,管状水团簇的尺寸逐渐变大并在膜内形成连续的水通道.在水化PVA/Nafion共混膜中,PVA、水、磺酸根混合形成亲水性区域.共混膜中PVA的质量分数和水含量共同影响膜的微结构.当膜中PVA质量分数较低时,PVA主要分布在Nafion的磺酸根基团周围;PVA质量分数升高后,PVA会在膜内单独成一相.当膜中的水含量相对较低时,水分子会溶解于PVA中,此时膜内不存在单独的水团簇;膜中的水含量增多后,膜内会形成接近于球形的水团簇.本文工作可为直接甲醇燃料电池用的PVA改性Nafion膜的开发提供参考.     

Mesoscale Simulation for Polymer Migration in Confined Uniform Shear Flow

The structure and dynamics of confined single polymer chain in a dilute solution, either in equilibrium or at different shear rates in the uniform shear flow fields, were investigated by means of dissipative particle dynamics simulations. The no-slip boundary condition without density fluctuation near the wall was taken into account to mimic the environment of a nanochannel. The dependences of the radius of gyration, especially in three different directions, and the density profile of the chain mass center ...     

遥爪型聚合物交联反应的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)方法研究了稀溶液中遥爪型聚合物的交联反应过程. 考察了体系中交联度、 链长及浓度等因素对反应达到稳态时所形成的网络结构的影响, 并通过计算聚合物交联结合能(U), 统计达到稳态时特征交联结构的数量来判定各因素对体系的作用. 结果表明, 交联度决定体系的微观结构, 而聚合物链长决定交联结构的连通性. 另外, 特征环形结构数与遥爪型聚合物的浓度及链长均存在线性依赖关系.     

Dissipative Particle Dynamics Simulation of Onion Phase in Star-block Copolymer

A dissipative particle dynamics simulation technique was used to investigate the effect of molecular architecture of star-block copolymer on the patterned structure in a nanodroplet. With increasing the ratio of solvophilic to block length to solvophobic block length(R_H/T), solvophobic sphere, ordered hexagonal phase, onion phase, perforated onion phase and flocculent phase are formed, respectively. Since onion phase has potential application in controlled drug release, it has received wide attention experimentally and theoretically. Our simulation indicates onion phase forms at a certain R_H/T(close to but less than 1). A star-block copolymer molecule has two conformations in onion phase: either fully located in a shell or shared by two neighboring shells. Central structure affects onion's final shape. The molecular number of the copolymer in each shell is a quadratic function of the shell's radius. The arm number of star-block copolymer has little influence on onion's structure, but slightly affects the solvent content. Additionally, we studied the influence of arm length on onion's structure.     

Dissipative Particle Dynamics Simulation of Microscopic Properties in Diblock Copolymer Films

Mean-square bond length, root-mean-square end-to-end distance and gyration radius in di-block copolymer films have been studied by dissipative particle dynamics simulations. Re-sults show evident linear trends of any property separately with the thickness of film, the interaction between particles of different types, the repulsion between particle and boundary, except for the dependence of the variations of mean-square bond length on the thickness of film, which exhibits as a wave trend. What's more, the varying trends of mean-square bond length and root-mean-square end-to-end distance can correspond to each other. The density distribution of either component in diblock copolymer film can be controlled and adjusted effectively through its interaction with boundary.     

一种实心针静电纺丝装置的场强模拟及优化

提出一种实心针静电纺丝方法, 采用实心针作为静电发射极, 并将其置于由绝缘材料制成的导液棒轴心, 导液棒处于储液盒底部的圆锥沉头通孔内部并可以做升降运动以控制供液量, 需要时还可以起到通流的作用, 有效地解决了多针头静电纺丝堵塞和无针头静电纺丝开放式供液的问题. 利用COMSOL有限元分析软件对影响场强大小及分布的各参数进行场强模拟, 研究增大场强并减小边缘效应的改进方法, 并采用研发的不完全齿轮横动机构纺丝头做往复横动进行纺丝实验, 验证了实心针静电纺丝装置有效降低了能耗和边缘效应, 避免了针头堵塞及溶剂挥发问题.     

三嵌段共聚物和两嵌段共聚物在水溶液中共混自组装成多室胶束结构的耗散粒子动力学模拟(英文)

利用耗散粒子动力学模拟研究了在水溶液中混合不同的线形三嵌段共聚物AxByCz和线形两嵌段共聚物AmBn对多室胶束的形貌多样性的影响.通过改变线形的三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的链长来寻找多室胶束的形成条件.由线形三嵌段共聚物和线形两嵌段共聚物的不同混合形成的多室胶束结构是多种多样的,例如"蠕虫状"胶束、"汉堡包"胶束、"球上球"胶束、"核-壳-壳"胶束等等.多室胶束的整体形貌和内部结构的控制都可以从线形三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的二元共混得到.为了表征获得的多室胶束结构,我们计算了密度图和成对分布函数图.在此工作中,可以获得和观察到复杂的多室胶束.结果表明,简单地混合线形的三嵌段共聚物和线形的两嵌段共聚物是一个控制多室胶束形貌和结构的有效方法,在工程实验中可以更简单更经济地形成多室胶束结构.因此,在设计新的多室胶束方面,聚合物共混仍然是未来值得更加关注的一个话题.     

Investigations of Water Morphology in Reverse Micelles: Mesoscopic Simulation and IR Spectral Analysis

Abstract

A simple model, i.e., sodium bis(2‐ethylhexyl) sulfosuccinate [Aerosol OT (AOT)] represented by one‐head and two‐tail beads tied together by a harmonic spring and water or isooctane by one bead, was put forward via dissipative particle dynamics (DPD) simulation method. According to the experimental AOT/water/isooctane system, the aggregates of simulated reverse micelle can be obtained in the three‐dimensional cell. Three types of water morphology, such as bound water, trapped water, and bulky water, were distinguished using the water isodensity slice in DPD simulation. The IR spectra experiment also showed three types of water in the same system. One conclusion is that DPD simulation can be considered as an adjunct to experiments and provide other valuable information for the experiment.