模拟研究聚合物在受限环境中的自组装结构和动力学性质
[Abstract]:Self-assembly structure and kinetic behavior of polymers in confined environment are two important research directions in soft matter field. Due to the space limitation and interaction of the polymer, the polymer behaves completely different from the bulk, so the nanostructure which can not be obtained by the polymer can be obtained by limiting the polymer. The experimental study of polymer in confined environment is difficult, and it is difficult to analyze some dynamic changes in the experimental process. Computer simulation can effectively provide theoretical guidance for experimental research. In this paper, the polymer in confined environment is studied by computer simulation. The main contents are as follows: (1) the self-assembly structure of rod-coil diblock copolymers in nanotubes is simulated by dissipative particle dynamics method. The effects of the properties of nanotubes, the diameter of the nanotubes, the rigidity of rigid blocks and the length of rigid blocks on the self-assembly structure were investigated. The phase diagrams of the R6C6 diblock copolymers with the variation of the wall properties and the pipe diameters were obtained. In non-selective and weakly selective nanotubes, we observed stacked layers, single helix and double helix. In the highly selective nanotubes, with the increase of the diameter of the nanotubes, the flexible blocks are assembled into stacked layers within the nanotubes, and the column, zigzag (ZZ), further evolves into a variety of novel ordered structures such as chains, corrugated tubes and spiral tubes. We find that the ZZ structure is the assembly unit of the subsequent structure. For this reason, we analyze the dynamic forming process of the ZZ structure. We find that the flexible block formed by the ZZ structure is mainly due to the attraction of the strongly selective wall, which makes the rigid block move toward the wall. And assembled near the wall. Finally, we obtain the phase diagram of the assembly structure with the length of the chain and the diameter of the pipe. Our simulation results show that the rigidity of the rigid block, the selectivity of the pipe wall to the block, The synergetic effect of the mismatch between the diameter of the tube and the period of the body leads to the formation of various self-assembled structures. (2) the conformation and kinetic properties of homopolymer in plane slit are studied by means of coarse-grained molecular dynamics method. The effects of chain length, concentration and slit thickness of homopolymer were investigated, and the difference of polymer in solution and slit was analyzed. With the decrease of slit thickness, the polymer chain experienced the change trend of the flexible coils from the body, first compressed and then stretched, and the mean square radius of rotation of the polymer chain first decreased and then increased. The lower the concentration of polymer, the more obvious the tensile trend. On the contrary, the higher the polymer concentration, the more obvious the compression trend. By calculating the chain self-diffusion coefficient (DXY) and relaxation time, we find that the homopolymer chain with chain length N80 is a non-entangled chain, which accords with the Rouse kinetic model. When the chain length is N80, the homopolymer can be regarded as a entangled chain, which belongs to the Reptation kinetic model. For non-entangled chains, with the increase of chain length and concentration, and the decrease of slit thickness, DXY decreases first and then increases, 蟿 increases when the concentration is small, which indicates that space restriction can promote the movement of polymer chains along the horizontal direction. When the concentration is high, DXY decreases monotonously and 蟿 increases, which shows that the restriction of space and the inhibition of chain interaction on the movement of polymer. For entangled chain, it is consistent with non-entangled chain at low concentration. At high concentration, with the increase of chain length and concentration, and the decrease of slit thickness, the DXY goes up first and then decreases, 蟿 goes through the change of decreasing first and then rising, which mainly shows the competition between spatial restriction effect and chain entanglement.
【学位授予单位】:浙江理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O631.1
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,本文编号:2341998
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