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。     

分子模拟研究气体在4种膜材料中的分离行为

利用分子模拟技术,从分子水平上研究CO_2/N_2在4种常见高分子膜材料中的渗透机理与分离性能.通过分子动力学方法和蒙特卡罗方法对材料的微观性质和CO_2/N_2在4种材料中的溶解扩散过程进行模拟计算.将计算结果与文献值对比,结果显示具有一致性.材料的微观作用决定材料在气体分离方面的宏观性能,计算结果从微观角度揭示了材料分子结构的自由体积尺寸越大,气体在材料中的扩散性能越强;而材料中空穴的数量越多,气体在材料中的溶解性能越好.计算结果表明,本文模拟的两种橡胶态聚合物具有高灵活性的分子链和较小的内聚能密度,而两种玻璃态聚合物则与之相反,这使得CO_2/N_2在两种橡胶态聚合物中的渗透性能大于其在两种玻璃态聚合物中的渗透性能.     

陶瓷-Teflon AF2400复合膜组件油气分离特性研究

考察了变压器油的流速对变压器故障气体在陶瓷-Teflon 2400复合膜中的透过特性,并对溶解态气体渗透和气态渗透两种情况进行了对比.当油的流速由250 mL/min增加到750 mL/min时,H2和CO的平衡时间缩短约30％,C2烃的平衡时间变化较小,说明气体在油中扩散过程对油气分离有一定影响.与溶解态渗透过程中C2烃先达到平衡不同,气态渗透过程中H2先于C2烃达到平衡.红外光谱表明经变压器油浸泡的Teflon AF2400膜中溶解吸收了微量变压器油,形成了类似支撑液膜结构,各种气体在油中的溶解特性决定了它们在变压器油气分离过程中的透过特性.     

硅烷偶联剂KH550对Parylene C膜与金属铝基体结合强度的影响

采用拉开法分析了KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)偶联剂浓度对Parylene C膜与金属铝基体间结合强度的影响,采用拉曼光谱(Raman)和红外光谱(FT-IR)分析了偶联剂在膜和基体间的作用机理。研究结果表明,使用10%的KH550偶联剂可提高Parylene C膜与铝基体的结合强度到7.5MPa。其增强作用机理为KH550偶联剂的烷氧基团水解后,-Si-OH与基体的Al-O键发生化学作用生成-Si-O-Al键,-NH2能与Parylene C膜分子间形成氢键,从而使Parylene C膜与金属铝之间产生化学键桥连。     

Parylene C膜的热解特性

利用热重分析技术(TG/DTA)和热裂解-气相色谱/质谱联用测试分析技术(PY-GC/MS),对Parylene C膜的热分解性能和分解产物进行研究;通过X射线-光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)分析了Parylene C膜的表面基本元素及其结构.实验结果表明,Parylene C膜在室温避光存放过程中已经自然氧化,氧化后的Parylene C膜受热分解首先是从被氧化的C-C键开始,生成苯甲醛或苯甲醇类氧化产物;随后是没有被氧化的C-C键断裂,生成一系列的单体及其裂解碎片.     

Parylene F薄膜介电材料的制备与研穷

通过真空化学气相沉积方法制备了Parylene F薄膜,采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了表面形貌,并用红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)及热重分析仪(TGA)等分析手段对薄膜组成与性能进行了表征,阻抗分析仪测试了薄膜的介电参数.研究结果表明化学气相沉积方法制备的Parylene F薄膜是一...     

Parylene F薄膜介电材料的制备与研究

通过真空化学气相沉积方法制备了Parylene F薄膜,采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了表面形貌,并用红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)及热重分析仪(TGA)等分析手段对薄膜组成与性能进行了表征,阻抗分析仪测试了薄膜的介电参数。研究结果表明化学气相沉积方法制备的Parylene F薄膜是一种致密光滑、性能较优、易于成型且具有较大潜在应用前景的介电材料。     

钠-萘溶液处理对Parylene C膜性能的影响

化学气相沉积制备的Parylene C膜(简称PC膜)表面能低,与其它材料的粘接强度低,钠-萘溶液处理是提高聚合物表面能的常用方法,但需要研究此种处理是否影响PC膜本身的相关性能。考查了钠-萘溶液处理对PC膜性能的影响。结果表明:表面处理使PC膜表面能得到明显提高(水接触角降低),与氟树脂的粘接力明显改善,同时,对PC膜的热稳定性、气体阻隔性、力学性能、透光性能等都没有明显影响。     

Parylene C膜的光氧老化行为

利用紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)、X光电子能谱(XPS)及热裂解-气相色谱/质谱联用测试分析技术(PY-GC/MS),对经过氙灯照射的Parylene C膜的紫外吸收、表面元素组成和含量以及热裂解的产物进行了分析研究。实验结果表明,Parylene C膜在光照过程中会被氧化,表面出现了黄化现象,其表面的氧含量随着光照时间的增加而增加,随后趋于稳定,而裂解产物中氧化碎片的量首先出现了一个最大值,而后迅速减小。     

氮气在溴化丁基橡胶中渗透行为的分子模拟

为了探究溴化丁基橡胶(BIIR)的气体阻隔机理并研究气体压力对BIIR气体阻隔性能的影响,采用分子模拟法对40℃不同压力(0.1 MPa和1.5 MPa)下N2在BIIR中的渗透过程进行研究.结果表明,N2在BIIR中的吸附与扩散主要发生在BIIR的自由体积中,N2分子在BIIR中的扩散过程满足"空穴跳跃扩散理论";一...     

Parylene C膜的热降解行为

采用微分-积分法和裂解质谱研究了聚氯代对二甲苯(Parylene C膜)的非等温热降解行为.实验结果表明,Parylerie C膜在N2中的热降解符合二级化学反应,其动力学模型方程式为dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-α)2,平均表观活化能E=139kJ/mol,在N2中裂解产物主要为芳香烃和芳香醛.     

光氧老化的Parylene C膜结构研究

计算了8类不同Parylene C膜光氧老化产物的几何构型、电子结构以及键离解能,并通过热重(TG)和热裂解气相色谱/质谱(PGC/MS)等手段研究了老化样品的热解过程和热解产物.计算结果和实验数据显示,主链上的CH2-CH2链节为整个体系中的薄弱环节,氧化后该链节变得更不稳定,而且氧化后Parylene C膜主链上生成了-OH等含氧基团.     

平衡态气体分子间碰撞过程的分子动力学模拟方法研究北大核心CSCD

以平衡态气体分子间的相互碰撞过程为研究对象,尝试刻画微观机制过程的统计学规律,开展分子动力学模拟的新方法研究。提出基于最短自由飞行时间确定时间步长的新模拟算法,给出对应的分子碰撞判别式和三维空间非对心碰撞速度更新式,建立具有周期边界的正方体模拟空间模型,按照1∶1真实比例投放模拟分子数目,利用C语言自编程序,模拟了两个不同空间模型内的气体分子运动全过程。结果表明:气体分子间碰撞次数、分子碰壁次数、分子的速度分布、自由程分布以及自由飞行时间分布的模拟统计结果,与理论计算值高度一致或误差处于概率波动范围内,从而证明了本模拟方法的正确性。本模拟方法为进一步研究非平衡态混合气体中各种扩散迁移过程的微观机制提供了可行的新计算方法,并有助于解决一些实际工程应用问题。     

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。     

含氟聚酰亚胺的气体渗透性研究

在玻璃态聚合物中引入立体侧基,能够降低主链堆叠,增加自由体积,提高聚合物的气体渗透性.提出利用立体结构的六氟三苯二胺(BABTFMM),同六氟二酐(6FDA)进行缩聚制备具有高气体渗透性的含氟聚酰亚胺,采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)和分子动力学(MD)方法预测了其气体渗透分离性能.分子模拟结果表明,二胺单体中的六氟二甲苯侧基通过空间位阻和主链构型限制,增加了含氟聚酰亚胺的主链间距,降低了堆积密度,增加了自由体积,可以提高含氟聚酰亚胺的气体渗透性.制备了6FDA-BABTFMM和6FDA-ODA两种含氟聚酰亚胺的均质膜进行气体渗透性能测试.结果表明,气体渗透性能测试结果同分子模拟结果一致,6FDA-BABTFMM较6FDA-ODA型聚酰亚胺的渗透性大幅增加,O_2、N_2、CH_4和CO_2渗透速率分别为25.1×10~(-9)、6.8×10~(-9)、5.7×10~(-9)、103.8×10~(-9 )mol/(m~2·s·Pa).     

渗透物小分子在致密高聚物膜内传递行为的研究(Ⅰ)扩散行为的分类和描述

综述了渗透物小分子在致密高聚物膜内传递的溶解扩散模型及其不足 ,用自由体积理论和逾渗理论分析了渗透物小分子在致密高聚物膜内的扩散行为 ,提出了扩散分区图 ,并分析了渗透物分子大小、温度和致密高聚物膜性质对扩散的影响 .     

数值模拟氢气在GO/BIIR纳米复合材料中的渗透行为

使用Materials Studio软件的Amorphous Cell模块,分别构建了GO含量分别为0.0,2.4%,4.0%和7.7%(质量分数)的GO/BIIR纳米复合材料晶胞模型。采用分子动力学和巨正则蒙特卡洛的方法模拟计算了H_2在GO/BIIR纳米复合材料中的溶解系数和扩散系数,结合自由体积理论讨了H_2在GO/BIIR内渗透系数不同的原因。通过提取H_2分子在复合材料中的运动轨迹,更直观的描述了其扩散行为。结果表明,H_2在添加2.4%(质量分数)GO的纳米复合材料模型中渗透系数比纯BIIR模型降低约64.6%;但当GO含量达7.7%(质量分数)时,渗透系数仅降低约33.5%。这为制备气体阻隔的高分子复合材料提供了一定理论基础,同时,有助于从微观上阐释H_2分子在不同GO含量GO/BIIR复合材料中渗透的差异性。     

陶瓷-Teflon AF2400复合油气分离膜组件

用陶瓷超滤膜管和Teflon AF2400溶液制备陶瓷管-Teflon AF2400复合膜.测试了该复合膜组件对H2,CO,CO2,CH4,C2H6,C2H4,C2H2七种故障气体的脱气性能,并与GP100聚四氟乙烯毛细管和聚酰亚胺(PI)平板膜进行了比较.结果表明,陶瓷管-Teflon AF2400复合膜组件可在10 h内实现7种故障特征气体的油气平衡,远远快于GP100和PI膜.该组件可以在500 kPa的压力下长时间正常工作,能够满足变压器油中溶解气体在线监测的需要.     

氧气在PDMS中扩散的分子动力学模拟

分子动力学方法模拟了300K时氧气分子在聚合物PDMS中扩散的情况,讨论模拟时间和聚合度对模拟结果的影响,发现模拟时间太少对模拟结果不利,应以大于1000ps为宜,聚合度一定范围内也可以影响氧气在PDMS内的扩散,还讨论自由体积对扩散的影响,与自由体积理论取得统一。     

低压下微机械谐振器件挤压膜阻尼分子动力学仿真的一种高效算法

正确预测挤压膜气体阻尼对于微机械谐振器件的设计是至关重要的.目前,当气压不太低时,已经有比较完善的连续介质模型能描述挤压膜气体阻尼.当气压很低时,气体连续介质模型不再适用,只能采用分子动力学方法.但是,当前关于自由分子区域中的微谐振器件挤压膜阻尼的分子动力学研究非常少,为了避免计算量过大,还未有三维的挤压膜阻尼分子动力学模型.提出一种高计算效率的三维分子动力学算法.该方法以气体分子速度分布函数生成每一分子的初始速度,通过分别单独计算每一气体分子在一个振动周期内与器件碰撞获得的动能增量,得到一个振动周期内气体分子总体动能增量,从而计算器件挤压膜阻尼.与已有的实验结果对比表明,该算法具有良好的精度,而且计算量是可以接受的.