分子模擬研究氣體分子在有機(jī)硅聚合物中的擴(kuò)散行為.pdf

1、本文主要采用分子動(dòng)力學(xué)法和巨正則蒙特卡洛法，以COMPASS力場(chǎng)為勢(shì)能模型，分別對(duì)氣體分子在橡膠態(tài)和玻璃態(tài)兩種有機(jī)硅聚合物體系中的擴(kuò)散進(jìn)行分子模擬。 首先分別基于PCFF和COMPASS力場(chǎng)進(jìn)行建模和計(jì)算，分析結(jié)果表明以COMPASS力場(chǎng)為勢(shì)能模型得到的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值較為接近，因此本文選擇能更好描述本文兩個(gè)聚合物體系的COMPASS力場(chǎng)作為模擬力場(chǎng)。接著對(duì)模擬中對(duì)計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度影響最大的非鍵作用力的計(jì)算方法進(jìn)行選擇，分別采

2、用聚合物非鍵作用力計(jì)算中常用的Ewald和GroupBased加和法，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較后，選擇截?cái)酁?3(A)的GroupBased加和法為非鍵作用力的計(jì)算方法。由于模擬體系是不可能達(dá)到真實(shí)體系的大小，模型構(gòu)建通常是采用周期邊界的假設(shè)。因此，最后對(duì)在計(jì)算能力范圍內(nèi)的不同體系大小進(jìn)行計(jì)算，討論體系大小對(duì)模型精度的影響。 在確定了模擬參數(shù)后，對(duì)相同鏈骨架(主鏈)不同側(cè)鏈的4種聚硅氧烷體系進(jìn)行全原子的動(dòng)力學(xué)模擬。計(jì)算得到的體系的物理

3、參數(shù)和實(shí)驗(yàn)值較接近表明了模型的真實(shí)度。動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到的擴(kuò)散系數(shù)和實(shí)驗(yàn)值吻合得很好。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，從分子層次上，研究了玻璃化溫度、自由體積以及主鏈和側(cè)鏈的活動(dòng)性對(duì)氣體小分子在該橡膠態(tài)聚合物種中擴(kuò)散的影響。 隨后利分子動(dòng)力學(xué)法和GCMC法對(duì)氣體小分子在含有機(jī)硅聚苯乙烯體系中的擴(kuò)散和溶解進(jìn)行模擬。通過(guò)對(duì)比聚合物物理參數(shù)的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值可以證實(shí)模型和真實(shí)體系吻合。動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到的擴(kuò)散系數(shù)和實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)值在誤差的范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)模擬結(jié)