聚乳酸和一类缺陷羟基磷灰石界面相互作用机理的第一性原理研究

发布时间：2016-12-13 12:53

  本文关键词：苯酚与甲醛加成反应机理理论研究，由笔耕文化传播整理发布。

《西南交通大学》 2009年

聚乳酸和一类缺陷羟基磷灰石界面相互作用机理的第一性原理研究

郭涛  

【摘要】： 羟基磷灰石填充的纳米复合材料在生物医学领域应用广泛。探索有机相和羟基磷灰石界面作用机理无论对理论研究还是指导实际应用中都具有重要意义。由于缺陷羟基磷灰石具有更高的表面活性,因而研究更接近实际的带缺陷的羟基磷灰石界面和有机相的相互作用机理很有必要。本文主要使用密度泛函理论(DFT)方法(GGA-PBE)构建了一个缺陷羟基磷灰石模型(D-HA),并考察了聚乳酸(PLA)与其表面的相互作用情况,以期望能帮助人们对有机物基纳米复合材料间的作用本质有一个更深入的认识。 为了能够得到更加接近实际的羟基磷灰石缺陷表面,一个更合理的电荷补偿机制和更低的表面能结构是十分必要的。鉴于此,本文第三章首先从实验事实中抽象出一个包含主要杂质粒子的缺陷羟基磷灰石一维模型,然后以这个模型为基础建立了一个描述宏观参数特征映射到微观粒子数目的对应法则。进一步根据这个模型以及一些容易测量的且符合实际情况的参数特殊值,便得到了缺陷羟基磷灰石的二维模型,分子式为Ca_8[(HPO_4)_3(PO_4)_2(CO_3)](OH)_2。然后以这个分子式所确定的各个离子的数目为参考,使用基于DFT的CASTEP软件包优化结构、计算能量,逐步地搜索筛选,最后得到了稳定的缺陷羟基磷灰石的几何结构。这个结构中的CO_3~(2-)等粒子的结构和位置特征和文献中报道的类似结构基本一致。同时我们还详细考察了其(001)面的几何特征以及形成的原因。 论文第四章我们进一步考察了PLA模型在D-H(001)面上的吸附行为。为了精确描述氢键,我们使用了700eV的平面波截断能。我们观察到在每个重复单元表面有两个P-OH,而只有一个可以被PLA中的羰基氧所捕捉。同时我们还注意到,羰基氧除了和缺陷羟基磷灰石表面的钙离子相互作用外,还有两类氢键相互作用。一种便是上面所提到的羰基氧捕捉到P-OH中的氢情形,属于中等强度的氢键,键长为1.69(?),键能为48kJ·mol~(-1);另外一种便是较弱的氢键相互作用。它们是PLA中甲基和亚甲基中的氢与磷酸根或者磷酸一氢根中的氧之间的相互作用,其键长大约是2.48(?),键能大约是9kJ·mol~(-1)。此过程中我们主要使用了PDOS来分析氢键是否存在。

【关键词】：
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：R318.08
【目录】：

摘要8-10

Abstract10-14

第一章 绪论14-23

1.1 引言14-15

1.2 研究背景及意义15-22

1.2.1 聚乳酸15-17

1.2.2 羟基磷灰石17-18

1.2.3 缺陷羟基磷灰石18-19

1.2.4 PLA/HA复合材料19-21

1.2.5 材料计算与设计中的计算机模拟21-22

1.3 本文工作22-23

第二章 分子模拟研究方法23-36

2.1 Hatree-Fock方法23-25

2.2 密度泛函理论(DFT)方法25-28

2.2.1 Hohenberg-Kohn定理25

2.2.2 Kohn-Sham方程25-26

2.2.3 局域密度近似(LDA)26-27

2.2.4 广义梯度近似(GGA)27-28

2.3 基于密度泛函的第一性原理实现28-31

2.3.1 周期性的超晶格方法28-30

2.3.2 赝势30-31

2.4 经典力学方法31-34

2.4.1 分子力学和分子动力学31-32

2.4.2 力场32-34

2.5 所使用的软件包34-35

2.5.1 CASTEP34-35

2.5.2 Discover35

2.6 计算方法和基本参数35-36

第三章 缺陷HA模型与PLA模型的构建36-63

3.1 前言36-37

3.2 模型构建细节37-44

3.2.1 关于PLA模型的导出37-38

3.2.2 HA缺陷模型的结构特征38-40

3.2.3 关于D-HA模型的构建40-44

3.3 结果和讨论44-61

3.3.1 原子/原子团在晶格中相应位置的数目的确定44-46

3.3.2 D-HA结构的筛选46-53

3.3.3 D-HA晶体结构的考察53-57

3.3.4 D-HA(001)面考察57-61

3.4 本章小结61-63

第四章 PLA在HA(001)晶面吸附机理研究63-75

4.1 前言63

4.2 操作细节63-64

4.3 结果与讨论64-73

4.4 本章小结73-75

第五章 结论与展望75-77

5.1 结论75-76

5.2 展望76-77

致谢77-78

参考文献78-86

攻读硕士学位期间发表的论文86-87

论文成果申明87

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