【摘要】：利用光學各項異性材料制備的光子和光電子器件具有獨特的功能和性能,成為未來新型光波導器件的研究重點之一。光學各向異性主要是指雙折射性和吸收率上的二向色性,即材料對不同偏振光束的折射和吸收特性不一樣。聚合物光學材料由于其成本低、加工容易、性能好和雙折射性可調節(jié)等優(yōu)勢,具有重要的研究意義和潛在應用價值。聚合物光學材料的雙折射性與聚合物材料分子鏈的取向度有關;取向度越高,雙折射率越大。在眾多提高聚合物光學材料取向度的方法中,基于金屬有機框架(MOF)材料可以制備具有高取向度的聚合物材料。在此方法中,利用MOF材料作為反應容器,將聚合物單體分子吸附進MOF材料的規(guī)則排列孔道中發(fā)生聚合反應,則產(chǎn)物聚合物分子鏈也將具有和MOF材料孔道一樣的高取向性。本文結合密度泛函理論、蒙特卡洛方法和分子動力學,建立甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸三氟乙酯(TFMA)等聚合物單體以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸三氟乙酯(PTFMA)等聚合物材料和MOF材料的全原子模型,模擬MMA、TFMA在MOF材料中的吸附以及模擬PMMA、PTFMA在MOF材料中的分子動力學過程。通過分析模擬結果,得出影響聚合物單體及分子鏈在MOF材料中吸附特性的三個主要影響因素:A)MOF材料孔壁與聚合物單體之間的靜電相互作用;并發(fā)現(xiàn)MOF材料的極性孔道壁與極性聚合物單體分子之間的靜電相互作用對聚合物單體分子在孔道內的吸附和取向有促進作用;B)聚合物單體分子之間的靜電相互作用;發(fā)現(xiàn)極性聚合物單體分子之間的靜電相互作用使其分子間隙更加緊密,從而促進了聚合物單體分子在MOF材料中的吸附,同時對其分子取向也有一定的促進作用;C)MOF材料孔洞與聚合物單體分子之間的相對大小,亦即有機配體與聚合物單體分子之間的相對大小;模擬中選擇不同長度的有機配體而得到不同的孔道大小,所吸附的聚合物單體分子數(shù)量也將不同,從而影響聚合物單體分子在MOF材料孔道中聚合的轉化率和聚合物分子鏈的取向度。這三個因素的重要影響,為聚合物單體或MOF材料的選取、對聚合物鏈取向度的控制提供理論預測方法。
[Abstract]:Photons and optoelectronic devices fabricated from optically heterosexual materials have unique functions and properties and have become one of the key research areas of new optical waveguide devices in the future. Optical anisotropy mainly refers to the birefringence and the dichroism of absorptivity, that is, the material's refraction and absorption characteristics of different polarized light beams are different. Because of its advantages of low cost, easy processing, good performance and adjustable birefringence, polymer optical materials have important research significance and potential application value. The birefringence of the polymer optical material is related to the orientation degree of the molecular chain of the polymer material, and the higher the orientation degree is, the greater the birefringence is. Among many methods to improve the orientation of polymer optical materials, (MOF) materials based on organometallic frames can be used to prepare polymer materials with high orientation. In this method, polymer monomers are adsorbed into the regular arranged pores of MOF materials by using MOF as the reaction vessel, and the polymer chains will have the same high orientation as that of MOF materials. This paper combines density functional theory, Monte Carlo method and molecular dynamics. A total atomic model of methyl methacrylate (MMA), poly (methyl methacrylate), poly (trifluoroethyl methacrylate), trifluoroethyl methacrylate (PMMA), trifluoroethyl methacrylate (PTFMA) and MOF was established. The adsorption of MMA,TFMA in MOF and the molecular dynamics of PMMA,PTFMA in MOF were simulated. By analyzing the simulation results, the electrostatic interaction between the pore wall of polymer monomer and polymer monomer was obtained, which mainly affected the adsorption characteristics of polymer monomer and molecular chain in MOF material. It is also found that the electrostatic interaction between polar pore wall and polar polymer monomer molecules of MOF materials can promote the adsorption and orientation of polymer monomer molecules in the pore channels. It is found that the electrostatic interaction between polar polymer monomers makes the intermolecular gap closer, thus promoting the adsorption of polymer monomer molecules in MOF materials. At the same time, it can also promote the molecular orientation of MOF materials. The relative size between pores and polymer monomers, that is, the relative size between organic ligands and polymer monomers; When organic ligands of different lengths are selected to obtain different pore sizes in the simulation, the number of polymer monomer molecules adsorbed will also be different. Thus, the conversion of polymer monomers and the orientation of polymer chains in the pore channels of MOF were affected. The important influence of these three factors provides a theoretical prediction method for the selection of polymer monomer or MOF material and the control of orientation degree of polymer chain.
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O631

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本文編號：2217232