聚乙烯醇物理凝胶结构及其力学性质的分子动力学模拟

发布时间：2024-03-03 07:46

　　聚乙烯醇(PVA)物理凝胶力学性质优良,被广泛应用于各个领域。本文考虑了含水量、温度及溶剂种类等影响因素,采用分子动力学模拟研究了PVA物理凝胶的平衡结构、单轴拉伸变形机制以及分子链取向度对力学性质和溶剂分子扩散各向异性的影响,研究成果具有重要的学术价值和应用前景。本文首先采用蒙特卡罗自规避随机游走方法构建了复杂的PVA三维交联网络,再向其中添加溶剂分子,经分子动力学模拟优化后,得到平衡稳定的凝胶模型。首先构建不同含水量的PVA水凝胶模型,然后分别向聚合物网络中添加二甲基亚砜(DMSO)、水以及两者混合物(质量比4:1)构建PVA/DMSO、PVA/W以及PVA/DMSO/W前驱体凝胶模型。通过用水替换平衡前驱体凝胶模型中的溶剂,构建了三种水凝胶模型。另外分别用乙醇(EtOH)和DMSO替换PVA/DMSO/W前驱体凝胶中溶剂,构建了PVA/EtOH和PVA/DMSO凝胶模型。采用分子动力学模拟中常见的分析方法,系统研究了凝胶的平衡结构。通过分析羟基氧原子与溶剂氧原子的径向分布函数、羟基氧原子的分布以及PVA主链二面角分布,发现乙醇和DMSO使得聚合物网络结构更加不均匀。另外,通过分析...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1DFT方法制备的PVA水凝胶(a-c)平行以及(d-f)垂直于冻结方向的扫描电镜图片

显得尤为重要。微晶定向排列的聚合物材料在不同方向将表现出不同的力学性质[41]。一般来讲，沿晶主要排列方向的拉伸强度以及模量比较大，失效应变比较小；垂直于主要排列方拉伸强度以及模量较小，但失效应变较大。Zhang[42,43]等提出了directionalfreezinging....

图2-1蒙特卡罗自规避随机游走方法构建的格点哈密尔顿路径示意图

2-1蒙特卡罗自规避随机游走方法构建的格点哈密尔顿路径示意图以及二甲基亚砜模型示意图(红色代表氧原子，灰色代表碳原子，子，黄色代表硫原子)学模拟拟(moleculardynamicssimulation,MD)是1966年发展。该技术能够获取模拟系统中粒子的运动轨迹....

图2-2乙醇以及二甲基亚砜模型示意图(红色代表氧原子，灰色代表碳原子，白色代表氢原

因此被誉为“万能溶剂”。乙醇和DMSO的模型如图2-2所示。图2-1蒙特卡罗自规避随机游走方法构建的格点哈密尔顿路径示意图[54]图2-2乙醇以及二甲基亚砜模型示意图(红色代表氧原子，灰色代表碳原子，白色代表氢原子，黄色代表硫原子)2.2分子动力学模拟分子动力学模....

图2-33力点及4力点水分子模型示意图

以及金属粒子等固体的模拟同样具有很好的效果，缺点耗时，而且参数有限，不能覆盖所有元素[64]。场都是针对特定体系或者特殊研究目的开发的，仅仅涵有一类以原子为依据的普适型力场，能覆盖元素周期表于纯理论计算。UFF力场以及DREDING力场就是比较涵盖了元素周期表中所有元素，能....

本文编号：3917465