本文關(guān)鍵詞：聚合物和離子液體復(fù)合體系的計算機(jī)模擬

  更多相關(guān)文章： 聚合物 離子液體 質(zhì)子交換膜 自組裝 分子模擬 耗散粒子動力學(xué)

【摘要】：近年來,聚合物和離子液體復(fù)合體系越來越受到重視,廣泛應(yīng)用于質(zhì)子交換膜、自組裝、催化有機(jī)合成材料、響應(yīng)性負(fù)載材料、功能性吸附材料等領(lǐng)域。采用計算機(jī)分子模擬的方法研究有助于人們弄清這一復(fù)合體系中的介觀結(jié)構(gòu)及影響因素,從而為新型材料的開發(fā)提供指導(dǎo)。本文將采用耗散粒子動力學(xué)方法研究這一復(fù)雜軟物質(zhì)體系。首先,我們模擬研究了離子液體含量和溫度對Nafion-[Bmim][TfO]復(fù)合膜的介觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了微相分離現(xiàn)象。對不同條件下的微相分離形成的孔徑分析表明,隨著離子液體在復(fù)合膜中含量的增加,離子液體在膜中的聚集形態(tài)由分散的團(tuán)簇轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的通道,但過高的含量會產(chǎn)生腔室結(jié)構(gòu)。隨著溫度的上升,離子液體通道的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜,原有的腔室結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為通道的新支路,即高溫下離子液體通道變得更加連通。界面分布幾率和徑向分布函數(shù)的分析表明,離子液體的陽離子烷基鏈嵌進(jìn)Nafion主鏈中,側(cè)鏈磺酸基團(tuán)分布的變化直接影響咪唑基團(tuán)和陰離子在微相界面的分布。然后,我們系統(tǒng)探索了兩親性嵌段聚合物PB-b-PEO和離子液體[Bmim][PF6]的自組裝相行為,研究了PB、PEO、[Bmim][PF6]比例變化對相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,并分析相互之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律,并繪制作了這一復(fù)雜體系的三元相圖。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)在低聚合物濃度時,PB-b-PEO作為體系的分散相,在不同的嵌段比下能形成球狀、棒狀膠束、囊泡,薄片等結(jié)構(gòu)。隨著濃度增大,PB-b-PEO形成連續(xù)相,在不同的嵌段比下能形成蠕蟲狀膠束和枝狀薄片、層狀、管狀和板塊狀結(jié)構(gòu),[Bmim][PF6]也由連續(xù)相逐漸向分散相轉(zhuǎn)化,形成IL微相結(jié)構(gòu)。最后,我們還模擬研究了離子液體[Bmim][BF4]復(fù)合膜介觀結(jié)構(gòu),并與[Bmim][TfO]的復(fù)合膜作對比。研究發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)存在相似的微相分離,但整體上含[Bmim][BF4]的復(fù)合膜表現(xiàn)出更好的IL通道分布,這與陰離子在微相界面的分布有重要的相關(guān)關(guān)系。為了獲得物質(zhì)傳導(dǎo)性能更好的單方向通道,我們加入PVdF-co-HFP構(gòu)建共混膜進(jìn)行模擬。研究發(fā)現(xiàn),Nafion的共聚比會影響IL通道內(nèi)的結(jié)構(gòu)以及Nafion的分布;聚合物共混比會影響IL在膜內(nèi)結(jié)構(gòu)的連貫狀態(tài),從不連續(xù)的到單方向性到多方向性的結(jié)構(gòu);離子液體含量會直接影響IL連續(xù)相的形成。通過分析,當(dāng)共聚比取11:1,共混比取10:90,離子液體含量取0.3時,能獲得良好的單方向通道結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：聚合物 離子液體 質(zhì)子交換膜 自組裝 分子模擬 耗散粒子動力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O631;O645.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 耗散粒子動力學(xué)11-14
• 1.3 Flory-Huggins似晶格理論14-17
• 1.3.1 溶解度參數(shù)法計算 χ 參數(shù)15
• 1.3.2 混合能法計算 χ 參數(shù)15-16
• 1.3.3 無限稀釋活度系數(shù) δ∞關(guān)聯(lián)aij16-17
• 1.4 質(zhì)子交換膜應(yīng)用17-22
• 1.5 自組裝應(yīng)用22-24
• 1.6 本論文的研究內(nèi)容及研究意義24-25
• 第二章 耗散粒子動力學(xué)模擬Nafion-[Bmim][TfO]離子液體復(fù)合膜的介觀結(jié)構(gòu)25-37
• 2.1 引言25-26
• 2.2 模擬細(xì)節(jié)26-29
• 2.2.1 粗粒化模型及模型參數(shù)26
• 2.2.2 粗�；瘏�(shù)的計算26-29
• 2.3 模擬結(jié)果與討論29-35
• 2.3.1 不同含量的離子液體和溫度對介觀結(jié)構(gòu)的影響29-31
• 2.3.2 微相界面的結(jié)構(gòu)31-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 第三章 嵌段聚合物PB-b-PEO在離子液體[Bmim] [PF6]中自組裝的耗散粒子動力學(xué)模擬37-53
• 3.1 引言37-38
• 3.2 模擬細(xì)節(jié)38-40
• 3.2.1 粗粒化模型及模型參數(shù)38-39
• 3.2.2 模擬參數(shù)39-40
• 3.3 結(jié)果與討論40-51
• 3.3.1 球狀膠束和囊泡（Spherical micelles and vesicles）41-43
• 3.3.2 棒狀膠束和蠕蟲狀（Rod-like and worm-like micelles）43-45
• 3.3.3 薄片和枝狀薄片（Sheets and branched lamellae）45-47
• 3.3.4 層狀(Lamellae)47-48
• 3.3.5 板塊狀(Platelets)48-49
• 3.3.6 管狀(Tubes)49-51
• 3.3.7 IL微相結(jié)構(gòu)（Structures of IL micro-phases）51
• 3.4 本章小結(jié)51-53
• 第四章 耗散粒子動力學(xué)模擬Nafion-[Bmim][BF4]離子液體復(fù)合膜及PVdF-co-HFP共混膜的介觀結(jié)構(gòu)53-66
• 4.1 引言53-54
• 4.2 模擬細(xì)節(jié)54-56
• 4.2.1 粗�；Ｐ图澳Ｐ蛥�(shù)54-55
• 4.2.2 粗粒化參數(shù)的計算55-56
• 4.3 Nafion-[Bmim][BF4]離子液體復(fù)合膜的耗散粒子動力學(xué)模擬56-59
• 4.4 Nafion-PVdF-co-HFP-[Bmim][BF4]離子液體共混膜的耗散粒子動力學(xué)模擬59-64
• 4.4.1 Nafion共聚比對Nafion-PVdF-co-HFP-[Bmim][BF4]共混膜結(jié)構(gòu)的影響60-61
• 4.4.2 共混比對Nafion-PVdF-co-HFP-[Bmim][BF4]共混膜結(jié)構(gòu)的影響61-62
• 4.4.3 IL含量對Nafion-PVdF-co-HFP-[Bmim][BF4]共混膜結(jié)構(gòu)的影響62-64
• 4.5 本章小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-68
• 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果80-81
• 致謝81-82
• 附件82

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