本文關(guān)鍵詞：苯酚與甲醛加成反應機理理論研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《西南交通大學》 2009年

聚乳酸和一類缺陷羥基磷灰石界面相互作用機理的第一性原理研究

郭濤  

【摘要】： 羥基磷灰石填充的納米復合材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域應用廣泛。探索有機相和羥基磷灰石界面作用機理無論對理論研究還是指導實際應用中都具有重要意義。由于缺陷羥基磷灰石具有更高的表面活性,因而研究更接近實際的帶缺陷的羥基磷灰石界面和有機相的相互作用機理很有必要。本文主要使用密度泛函理論(DFT)方法(GGA-PBE)構(gòu)建了一個缺陷羥基磷灰石模型(D-HA),并考察了聚乳酸(PLA)與其表面的相互作用情況,以期望能幫助人們對有機物基納米復合材料間的作用本質(zhì)有一個更深入的認識。 為了能夠得到更加接近實際的羥基磷灰石缺陷表面,一個更合理的電荷補償機制和更低的表面能結(jié)構(gòu)是十分必要的。鑒于此,本文第三章首先從實驗事實中抽象出一個包含主要雜質(zhì)粒子的缺陷羥基磷灰石一維模型,然后以這個模型為基礎(chǔ)建立了一個描述宏觀參數(shù)特征映射到微觀粒子數(shù)目的對應法則。進一步根據(jù)這個模型以及一些容易測量的且符合實際情況的參數(shù)特殊值,便得到了缺陷羥基磷灰石的二維模型,分子式為Ca_8[(HPO_4)_3(PO_4)_2(CO_3)](OH)_2。然后以這個分子式所確定的各個離子的數(shù)目為參考,使用基于DFT的CASTEP軟件包優(yōu)化結(jié)構(gòu)、計算能量,逐步地搜索篩選,最后得到了穩(wěn)定的缺陷羥基磷灰石的幾何結(jié)構(gòu)。這個結(jié)構(gòu)中的CO_3~(2-)等粒子的結(jié)構(gòu)和位置特征和文獻中報道的類似結(jié)構(gòu)基本一致。同時我們還詳細考察了其(001)面的幾何特征以及形成的原因。 論文第四章我們進一步考察了PLA模型在D-H(001)面上的吸附行為。為了精確描述氫鍵,我們使用了700eV的平面波截斷能。我們觀察到在每個重復單元表面有兩個P-OH,而只有一個可以被PLA中的羰基氧所捕捉。同時我們還注意到,羰基氧除了和缺陷羥基磷灰石表面的鈣離子相互作用外,還有兩類氫鍵相互作用。一種便是上面所提到的羰基氧捕捉到P-OH中的氫情形,屬于中等強度的氫鍵,鍵長為1.69(?),鍵能為48kJ·mol~(-1);另外一種便是較弱的氫鍵相互作用。它們是PLA中甲基和亞甲基中的氫與磷酸根或者磷酸一氫根中的氧之間的相互作用,其鍵長大約是2.48(?),鍵能大約是9kJ·mol~(-1)。此過程中我們主要使用了PDOS來分析氫鍵是否存在。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：R318.08
【目錄】：

摘要8-10

Abstract10-14

第一章 緒論14-23

1.1 引言14-15

1.2 研究背景及意義15-22

1.2.1 聚乳酸15-17

1.2.2 羥基磷灰石17-18

1.2.3 缺陷羥基磷灰石18-19

1.2.4 PLA/HA復合材料19-21

1.2.5 材料計算與設(shè)計中的計算機模擬21-22

1.3 本文工作22-23

第二章 分子模擬研究方法23-36

2.1 Hatree-Fock方法23-25

2.2 密度泛函理論(DFT)方法25-28

2.2.1 Hohenberg-Kohn定理25

2.2.2 Kohn-Sham方程25-26

2.2.3 局域密度近似(LDA)26-27

2.2.4 廣義梯度近似(GGA)27-28

2.3 基于密度泛函的第一性原理實現(xiàn)28-31

2.3.1 周期性的超晶格方法28-30

2.3.2 贗勢30-31

2.4 經(jīng)典力學方法31-34

2.4.1 分子力學和分子動力學31-32

2.4.2 力場32-34

2.5 所使用的軟件包34-35

2.5.1 CASTEP34-35

2.5.2 Discover35

2.6 計算方法和基本參數(shù)35-36

第三章 缺陷HA模型與PLA模型的構(gòu)建36-63

3.1 前言36-37

3.2 模型構(gòu)建細節(jié)37-44

3.2.1 關(guān)于PLA模型的導出37-38

3.2.2 HA缺陷模型的結(jié)構(gòu)特征38-40

3.2.3 關(guān)于D-HA模型的構(gòu)建40-44

3.3 結(jié)果和討論44-61

3.3.1 原子/原子團在晶格中相應位置的數(shù)目的確定44-46

3.3.2 D-HA結(jié)構(gòu)的篩選46-53

3.3.3 D-HA晶體結(jié)構(gòu)的考察53-57

3.3.4 D-HA(001)面考察57-61

3.4 本章小結(jié)61-63

第四章 PLA在HA(001)晶面吸附機理研究63-75

4.1 前言63

4.2 操作細節(jié)63-64

4.3 結(jié)果與討論64-73

4.4 本章小結(jié)73-75

第五章 結(jié)論與展望75-77

5.1 結(jié)論75-76

5.2 展望76-77

致謝77-78

參考文獻78-86

攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文86-87

論文成果申明87

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【引證文獻】

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本文編號：211608