气体分子在聚氯代对二甲苯中渗透行为的数值模拟

用数值模拟方法对气体分子在聚氯代对二甲苯(Parylene C)中的溶解、扩散和渗透行为进行了研究。构建了含300个对二甲苯单元的聚氯代对二甲苯分子链模型,经结构优化处理,获得了具有一定有序性,密度、玻璃化转变温度与实验数据接近的聚合物分子链结构模型。计算了该聚合物中的自由体积,结果表明Parylene C聚合物具有很小的自由体积,不易形成分子渗透的有效通道,这是其具有高气体阻隔性能的重要原因。结合分子动力学(MD)和巨正则蒙特卡洛方法(GCMC),计算获得了几种气体分子在Parylene C中的扩散系数、溶解系数和渗透系数,发现相比H2、He、O2、N2等分子,H2O分子更易被Parylene C聚合物吸附溶解。分子动力学模型说明在Parylene C聚合物中,气体扩散和渗透符合跳跃机理。     

高分子链运动对氧气扩散行为的影响

以聚乙烯(PE)为研究对象,基于分子动力学模拟从温度、结构和扩散激活能等角度来研究高分子链长、主链段活跃性、端基运动和分子链取向对氧气分子(O_2)在聚乙烯中扩散行为的影响。基于COMPASS力场构建具有三维周期性边界的扩散模型(O_2/PE),对该模型优化得到的稳定构型进行分子动力学模拟。结果表明,高分子链运动对气体的扩散行为有较大的影响。对高分子链端基均方位移(MSD)以及末端距与扩散系数的关联分析表明,主链活跃性提高,有利于形成更多的"扩散通道",使分子扩散速率提高。短链活跃性高于长链,柔顺性低于长链,分子链越短自身碰撞频率越低,因此分子跃迁的自由体积增大,扩散速率升高。此外,施加拉伸载荷会使高分子链沿载荷方向取向,降低晶胞对称性,使分子扩散速率显著提升。     

分子动力学模拟在塑料材料中迁移研究现状

目的概述分子动力学模拟方法应用于小分子物质在食品塑料包装材料中迁移研究的应用进展。方法综合近20年国内外分子动力学模拟方法在小分子扩散行为的研究进展。结果采用分子动力学模拟方法不仅可以定性地描述小分子在食品塑料包装材料中的扩散行为,而且能模拟聚合物材料的一些结构与性能,分析影响小分子迁移行为的因素,确定小分子的扩散系数。结论分子动力学模拟方法在食品塑料包装材料迁移研究应用中仍存在许多尚未完善与尚未研究的部分,包括通过分子动力学模拟计算所得扩散系数与实验值、半经验公式计算值有差异,在复合膜中模拟应用较少等方面。     

聚合物中小分子扩散的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法,以研究低聚体在聚甲基丙烯酸甲酯中的扩散为例,通过分析高分子链长、低聚体含量、聚合度和温度对扩散系数的影响,揭示小分子在聚合物中扩散过程.通过比较扩散系数的模拟值与实验值,发现两者比值在4左右.为获得小分子在聚合物中的扩散系数提供了一种较好的方法.     

聚合物注塑成型充模阶段流动取向分子机理研究

以聚碳酸酯(PC)为研究材料,基于分子动力学方法,对三维周期性边界条件下PC流动取向过程中分子链团迁移性能和形态演化进行了研究,与实验结果对比得到充模流动阶段聚合物分子链团的流动取向机制。分子链团均方位移表明流动取向过程实质上是分子链团的空间构象协调变形的结果,虽然随着剪切速率的增大,分子链团均方位移迅速增大、非键合能急剧减小,但分子链基本分子结构却仍然保持不变。同时,在取向过程中无规缠绕的分子链团一方面由于剪切拉伸作用沿流动方向排布,另一方面分子链团之间因发生解缠结而趋于相互分散。注塑实验结果表明,制品双折射率随注射速率的增加而增大,并沿流动方向递减,且取向方向上的拉伸性能随取向度的增加也有所提高,这与模拟结果中聚合物分子链取向机理一致。     

渗透汽化膜传递机理分子动力学模拟研究进展

叙述了近年来分子动力学模拟应用于渗透汽化膜传递机理研究的进展,包括膜层中分子吸附-扩散、热力学分析、吸附自由能和水传输机理等;模拟过程提供了分子层面的渗透汽化过程,可以了解溶剂分子的优先吸附位点、膜材料溶胀或拉伸强度等特点,从而可应用于预筛选膜材料,设计膜孔径、膜厚、亲疏水性等物化特性.另外,提出了目前分子动力学模拟在渗透汽化膜研究中所存在的问题,包括模拟时间和空间尺度与实际尺度的不匹配、分子模型与实际晶型的不匹配、力场参数的合理性等.     

迁移预测模型中扩散系数的研究

详细介绍了3种典型的半经验化的扩散系数公式,分析其使用范围和局限性.同时,对通过直接计算机模拟得到扩散系数的分子动力学方法进行介绍.与半经验的扩散系数方程相比,分子动力学方法直接地给出了小分子在聚合物中的扩散系数,而且揭示了影响扩散的分子机理.     

航天器表面多层分子污染光学效应分析方法

空间分子污染凝结在航天器敏感表面会造成相关设备性能下降甚至失效。通过材料真空出气动力学理论,分析了分子污染在空间环境下出气、输运以及吸附过程,推导了分子污染层的形成过程并以此建立分子污染多层沉积膜物理模型。利用多层污染模型预测被污染光学表面透过率的影响因素预估,并测量两种常见的星用非金属材料不同温度下、不同沉积顺序的出气污染膜的透过率。研究结果表明样品受热温度越高,沉积的污染膜对光学表面的透过率衰减越大,且多层污染膜沉积的顺序对光学性能的影响很大,验证了模型预测结果的正确性。     

醋酸纤维-奎宁分子印迹复合膜的制备及分离性能研究

采用多孔醋酸纤维膜为支撑体,制备了奎宁分子印迹复合膜,并对膜的选择结合性及分离性能进行了研究.研究结果表明,奎宁分子印迹复合膜对模板分子奎宁具有较好的选择结合性,奎宁在膜上结合量达到20.6μmol/g,奎宁/辛可宁的分离因子则为5.6;膜透过实验表明辛可宁透过奎宁分子印迹复合膜速率远大于奎宁的透过速率,该透过机理符合膜渗透的"溶解一扩散"模型.     

烟盒多层包装对水分阻隔影响研究

目的 卷烟包装的阻隔性能是卷烟产品品质稳定性的关键影响因素,研究干燥环境中卷烟多层包装对水分阻隔的作用。方法 利用自主研发测试系统——动态水分分析气候箱,考察不同盒包在特定温湿度条件下水分扩散过程,计算水分扩散通量,并对包装阻湿性能进行量化表征。结果 建立的烟盒多层包装水分阻隔性能评价方法可准确量化表征包装的阻湿性能。低湿条件下,水分从烟盒包装各层空隙及材料的透过量各有差异,对于Bopp膜,60%以上的水分主要从材料扩散,对于不同商标纸和内衬纸,水分从材料及空隙扩散的分配比不同。对于整体包装水分阻隔性能,三层材料中Bopp膜对烟支水分稳定性作用的占比达90%以上,硬包优于软包。准确预测了烟支在不同盒包中水分的散失速率,低湿条件下,硬包卷烟的水分散失速率明显低于软盒卷烟的。结语 文中建立了多层烟盒包装阻湿性测试及评价方法,量化表征了卷烟盒包各包装层及不同部位对水分的阻隔作用,明晰了烟盒包装中影响卷烟水分稳定性的重要因素。     

简单流场中聚合物稀溶液的分子构象

介绍了研究聚合物分子模拟流变性质的Brown动力学模拟方法,提出利用FENE珠-簧链分子模型来确定聚合物稀溶液分子链在简单剪切流场下不同时刻位形的变化,并对分子链与流动方向的取向角和分子链在速度梯度方向上的构象厚度进行了计算。     

微孔SiO2膜的气体渗透性能

研究了微孔ＳｉＯ２膜的气体渗透性能。气体渗透数据表明，由于微孔ＳｉＯ２膜存在着一定的孔径分布，其渗透机理比较复杂，当膜的孔径大于并接近分子的动力学直径时，其渗透由择形扩散控制；而当膜的孔径大于不接近分子的动力学直径时，对于非凝聚的小分子气体其渗透受努森扩散控制；对于可凝性气体其渗透将受多层扩散和毛细管凝聚的控制，单组份正／异丁烷气体在２５℃、压差为０．０６ＭＰａ时的理想分离系数为１．８；１：１的正     

石墨烯增强聚合物气密性的研究进展

石墨烯被认为是一种极具前景的气体阻隔填料,完整的单层石墨烯可以阻挡绝大多数气体小分子通过其表面,因此石墨烯被广泛用作提高聚合物气密性的填料.本论文综述了近几年石墨烯及其衍生物增强聚合物气密性的研究进展,介绍了石墨烯的特征以及其在聚合物基体中起到的阻隔机制,根据小分子渗透理论模型来讨论影响层状石墨烯/聚合物纳米复合材料阻...     

PEDOT苯/醌式主链结构变化的分子动力学模拟

为进一步证实聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)苯/醌式主链结构变化对PEDOT分子间作用力变化的影响,用分子力学与分子动力学方法,进行了PEDOT苯/醌式主链结构变化的分子动力学模拟,计算了苯/醌式二种主链结构的PEDOT单分子主链几何构象与多分子体系内聚能密度(CED)数值变化,研究了PEDOT主链结构变化与其分子间作用力...     

非晶态聚合物摩擦行为的分子动力学模拟

为了探究锥形光滑探头在非晶态聚合物表面上滑动时聚合物所表现的摩擦行为,在不同温度、不同粘着强度下,采用珠簧模型,应用分子动力学方法模拟了此滑动过程。通过分析此滑动过程中的聚合物链结构(键取向和链构象),阐释了聚合物薄膜与探头间交接区的结构动力学特征。当聚合物处于玻璃态,且探头与基体之间的作用是粘着作用时,其交接区中的高分子链的键取向沿滑动方向取向。且表征链构象的回转半径值也在滑动方向上增大到滑动前的10倍左右,即链构象发生了显著的改变。     

气体分子在Parylene AF4和Parylene AF8中的渗透行为数值模拟研究

采用数值模拟方法对气体分子在两类新型氟取代聚对二甲苯聚合物(Parylene AF4、Parylene AF8)中的溶解、扩散和渗透行为进行了研究。基于COMPASS力场,利用Material Studio(MS)软件,构建了含300个F代对二甲苯单元的长链模型,经过能量最小化和"退火"处理,获得了较为合理的模型。在此基础上,计算了两种聚合物的自由体积,结果表明,Parylene AF4、Parylene AF8具有较小的自由体积,不易形成分子渗透的有效通道。结合分子动力学(MD)和巨正则蒙特卡洛方法(GCMC),计算获得了几种气体分子在Parylene AF4、Parylene AF8中的扩散系数、溶解系数和渗透系数。结果显示,与前期C型Parylene聚合物的研究数据相比,F取代Parylene聚合物对较大的渗透剂分子有更好的阻隔性。分子动力学模型说明气体分子在Parylene C聚合物中的扩散符合跳跃机理。     

两亲性共轭聚合物APPV的合成

共轭聚合物具有特殊的光、电性质及良好的环境稳定性，可以用作许多功能器件，本文设计合成了共轭主链上带有疏水尾链和亲水头基的两亲性APPV，采用红外光谱和。HNMR谱对其结构进行了表征，表明产物是所设计的目标化舍物；并用。π-A等温线对其在空气／水界面上的单分子膜进行了观测，发现单分子膜中聚合物以“共轭平面垂直于空气／水界面取向。     

石墨烯基药物传输系统结合强度和药物扩散的分子动力学研究

通过在石墨烯片层上分别搭载抗癌药物分子CE6、DOX、MTX、SN38,构建多种石墨烯-药物分子复合体系。然后通过分子动力学模拟考察石墨烯片层大小、药物分子的种类、数目以及搭载方式对复合体系结合强度和药物分子扩散的影响。计算表明,石墨烯片的形变对石墨烯和药物分子的结合有决定作用。石墨烯片的边界对药物分子的扩散有限制作用;相比单面搭载药物分子,双面搭载通常会延缓药物分子的扩散。     

PET/PLA共混物中小分子扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法研究了O2、CO2小分子在不同质量比(90/10、70/30、50/50、30/70和10/90)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚乳酸(PLA)共混物中的扩散行为,基于Einstein关系式计算了小分子在共混物中的扩散系数。讨论了不同探针半径对自由体积分数(FFV)的影响以及自由体积分数与扩散系数的关系。研究结果表明,探针半径越大,自由体积分数越小;扩散分子的动力学半径越小,在同一比例PET/PLA共混物中的扩散系数越大,与自由体积理论取得统一。当PET/PLA共混物质量比为70/30时共混物的阻隔性能最好。     

Thymol在不同分子链长度塑料膜中的释放动力学模拟

目的利用分子动力学模拟并分析不同PVA分子链长度下thymol的释放过程和释放机理。方法研究基体为聚乙烯醇(PVA),添加抗菌剂thymol共建PVA/thymol聚合物模型,进行分子动力学模拟,分别从均方位移、扩散系数、自由体积角度研究分子链长度分别为40,80,160下thymol在PVA聚合物中的释放过程。结果 thymol分子在PVA中的自由体积分数会随着分子链长度的增加而减小,thymol分子在PVA中的扩散系数也会相应减小,这是因为分子链越长,分子间的相互作用力越大,束缚了链的运动性。结论不同分子链长度对于包装材料抗菌剂中的释放具有重要影响。在同等条件下,短链结构中thymol分子在PVA中容易释放,且做缓慢蠕动运动而非跳跃扩散运动。