本文關鍵詞：溶液中梳形高分子的靜態(tài)和動態(tài)性質的分子動力學模擬研究

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【摘要】：高分子由于其獨特的物理和化學性質引起了眾多學者的廣泛研究興趣。研究高分子在溶液中的構象和動力學性質對高分子理論的發(fā)展以及高分子材料的生產和應用都具有重要的意義。本論文主要通過分子動力學方法研究了溶液中幾種不同鏈拓撲結構高分子的靜態(tài)與動態(tài)性質。線形、梳形和星形是三種比較典型高分子鏈拓撲結構。線形高分子相當于主鏈較長且側鏈極短的梳形高分子,星形高分子則相當于主鏈極短及側鏈較長的梳形高分子,因此,我們以梳形高分子為紐帶,系統(tǒng)研究線形、梳形和星形高分子的鏈性質,進而揭示高分子的靜態(tài)和動態(tài)性質與鏈拓撲結構的依賴關系。梳形高分子的結構特殊是在于其含有接枝的側鏈,因此,為了進一步討論支化高分子靜態(tài)和動態(tài)性質與鏈拓撲結構之間的依賴關系,我們還討論了支化程度更高、側鏈結構更復雜的樹枝形高分子在溶液中的靜態(tài)與動態(tài)性質。本文基于梳形高分子特殊鏈結構,主要研究了以下幾個部分。1.線形、梳形和星形高分子的靜態(tài)和動態(tài)性質的模擬研究�；诖至；肿觿恿W模擬方法,系統(tǒng)研究了線形、梳形和星形高分子的靜態(tài)和動態(tài)性質,以揭示稀溶液中高分子鏈行為與鏈拓撲結構依賴關系的一般性規(guī)律。研究結果表明對于線形、梳形和星形高分子,星形高分子具有最小的分子尺寸,線形高分子的尺寸最大。隨著拓撲結構發(fā)生線形-梳形-星形的轉變,回轉半徑的標度關系由僅依賴分子聚合度轉變?yōu)橥瑫r依賴分子臂數(shù)或側鏈數(shù)。另外,我們著重分析了星形高分子和梳形高分子的靜態(tài)和動態(tài)性質的特征規(guī)律,對于星形高分子而言,臂數(shù)的增加使其尺寸迅速減小,形狀則由長橢球形轉變?yōu)轭惽蛐?且擴散加速,并且得到了回轉半徑和擴散系數(shù)與分子聚合度及臂數(shù)的標度規(guī)律。進一步,我們獲得了多種支化點的梳形高分子的靜態(tài)與動態(tài)性質與分子聚合度及側鏈數(shù)目的依賴關系。這些結果將幫助在分子水平上認識高分子鏈行為的物理本質。2.梳形高分子的靜態(tài)和動態(tài)性質的模擬研究。梳形高分子是接枝密度較高的接枝共聚物,由于高密度接枝側鏈的存在,側鏈之間相互排斥,導致梳型高分子的主鏈被迫伸直,從而使梳形高分子呈現(xiàn)棒狀構象。梳形高分子具有異于一般線性高分子的結構,梳形高分子可以通過調節(jié)側鏈的長度、接枝密度來調節(jié)分子的結構與尺寸,具有廣泛的應用前景。本文中,著重研究了接枝密度和接枝側鏈條數(shù)對梳形高分子性質的影響,研究了在不同接枝密度下,不同支化點數(shù)的高分子的側鏈數(shù)對梳形高分子靜態(tài)與動態(tài)性質的影響。研究表明,對于不同接枝密度的梳形高分子,聚合度對分子尺寸的影響幾乎相近,但是隨著接枝密度的增加,側鏈對分子尺寸的影響在不斷加強。不同接枝密度下,不同側鏈數(shù)的梳形高分子的分子尺寸都是隨著聚合度的增大而增大,且鏈聚合度和支化點數(shù)目相同的梳形高分子,側鏈數(shù)越多,分子尺寸越小。但在不同的接枝密度下,相同支化點的梳形高分子,其分子尺寸隨著支化點上側鏈數(shù)的增大而減少,且衰減的程度依賴接枝密度。相同接枝密度條件下,支化點上側鏈數(shù)不同的梳形高分子的擴散行為也是相似的。對于不同的接枝密度,不同支化點的梳形高分子,它們的擴散行為非常相似,擴散系數(shù)都是隨著聚合度的增大而減小,聚合度N對具有不同側鏈數(shù)的梳形高分子擴散的影響都是相近的,但側鏈數(shù)的不同會導致梳形高分子的擴散有所差異。3.樹枝形高分子的結構與動力學分子動力學模擬。樹枝形高分子是一種新型的高分子材料,具有高度的分形結構與幾何對稱性,是通過多官能團單體嚴格控制、逐步聚合而形成的。由于其特殊的流變行為,樹枝形高分子在生物醫(yī)藥、基因治療、光電材料等領域具有廣泛的應用前景。研究樹枝形高分子的靜態(tài)性質和動力學行為的相關規(guī)律,將有助于實現(xiàn)樹枝形高分子的結構調控,為其在生產生活中的廣泛應用提供指導依據(jù)。本文采用分子動力學模擬方法研究了樹枝形高分子單鏈在稀溶液中的靜態(tài)和動態(tài)性質,并與相應線形高分子進行了對比。模擬結果表明:稀溶液中的樹枝形高分子和線形高分子均呈橢球態(tài),而樹枝形高分子具有較厚的橢球態(tài)。當聚合度相同時,樹枝形高分子的尺寸要小于線形高分子。對于樹枝形高分子,相似拓撲結構時其標度規(guī)律與線形分子非常接近。隨著高分子鏈的聚合度的不斷增加,高分子的擴散系數(shù)不斷減小,其隨機運動能力也不斷減弱。但是,對于樹枝形高分子而言,其隨機運動能力要大于相應的線形高分子。
【學位授予單位】：伊犁師范學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O631.1

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