分子模擬論文

分子模擬論文大綱一.前言二.實驗部分三.結(jié)果與討論四.結(jié)論一.

前言1.聚合物對水的阻隔性能表征2.實驗法測定的介紹3.分子動力學(xué)模擬法的介紹4.分子模擬中擴散系數(shù)的測定方法5.影響小分子物質(zhì)在聚合物中擴散系數(shù)的因素6.課題提出ab圖2.某原子在兩個脈沖時間間隔內(nèi)在磁場中的回聲振幅衰減而獲得聚合物體系中溶劑自擴散系數(shù)08(10-8cm2/s)圖2.水在不同溫度下在兩種聚合物中的擴散系數(shù)：水在不同溫度下在兩種聚合物中的擴散系數(shù)：聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)對小分子物質(zhì)在其中的擴散也有很大的影響，如在極性聚合物中極性分子的擴散要比非極性分子的擴散容易，而在非極性聚合物中極性分子的擴散要比非極性分子的擴散難。ab2、吸水聚合物圖2.輸出數(shù)據(jù)并計算擴散系數(shù)水在聚乙烯醇中：D=a/6=2.利用光的干涉原理將物體光波完全精確記錄，并能使之再現(xiàn)還原的二次成像技術(shù)對水的阻隔性或者吸附性的強弱主要是通過水的透過量，水的吸附量或者水的擴散程度來衡量。1.聚合物對水的阻隔性能表征聚合物與水的相互作用的宏觀表現(xiàn)：

1、阻水聚合物

2、吸水聚合物對水的阻隔性或者吸附性的強弱主要是通過水的透過量，水的吸附量或者水的擴散程度來衡量。水的阻隔性---擴散系數(shù)D（水在聚合物中的擴散）本質(zhì)：水在聚合物中的運動（吸附，擴散）實際上是一種傳質(zhì)現(xiàn)象，它服從fick第二定律。沒有明確的界限2.實驗法測定的介紹（物理變化量）本體平衡法測定聚合物重量與時間的曲線，利用數(shù)學(xué)分析方法計算擴散系數(shù)脈沖梯度場核磁共振法某原子在兩個脈沖時間間隔內(nèi)在磁場中的回聲振幅衰減而獲得聚合物體系中溶劑自擴散系數(shù)激光全息技術(shù)利用光的干涉原理將物體光波完全精確記錄，并能使之再現(xiàn)還原的二次成像技術(shù)3.分子動力學(xué)模擬法的介紹量子化學(xué)法分子動力學(xué)法分子力學(xué)法4.分子模擬中擴散系數(shù)的測定方法

Einstein法微分一區(qū)限變分法聚類分析法5.影響小分子物質(zhì)（水）在聚合物中擴散系數(shù)的因素溫度的影響

W．H．Jiang和姜珍等報道了溫度對擴散系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)溫度越高擴散系數(shù)越大，這是由于溫度的升高加劇了分子運動。小分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響W．H．Jiang和姜珍考察了小分子物質(zhì)的尺寸對擴散系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)擴散物質(zhì)分子尺寸越大，擴散阻力也就越大，相應(yīng)地擴散系數(shù)就越小。聚合物結(jié)構(gòu)和物理形態(tài)的影響聚合物的結(jié)晶度越大，小分子物質(zhì)在其中的擴散系數(shù)就會越小。聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)對小分子物質(zhì)在其中的擴散也有很大的影響，如在極性聚合物中極性分子的擴散要比非極性分子的擴散容易，而在非極性聚合物中極性分子的擴散要比非極性分子的擴散難。隨著溫度的升高，水在聚乙烯醇中和尼龍6中的擴散系數(shù)都增加。當(dāng)一個無規(guī)則晶胞生成時，分子可能不是等價地分布在晶胞中，這樣就造成了真空區(qū)。1、實驗原理(擴散定律)考慮擴散系數(shù)受濃度的影響：水在不同溫度下在兩種聚合物中的擴散系數(shù)：分子動力學(xué)模擬法的介紹ab輸出數(shù)據(jù)并計算擴散系數(shù)D影響小分子物質(zhì)在聚合物中擴散系數(shù)的因素水的阻隔性---擴散系數(shù)D（水在聚合物中的擴散）對水的阻隔性或者吸附性的強弱主要是通過水的透過量，水的吸附量或者水的擴散程度來衡量。分析水分子在晶胞中的移動情形，得到水分子在均方位移MSD.ab08(10-8cm2/s)水在尼龍6中的擴散系數(shù)D(10-8cm2/s)6.課題提出實驗法去測定小分子物質(zhì)在聚合物體系中的擴散系數(shù)有很多困難跟不足。1.耗時長2.誤差大3.操作條件苛刻4.設(shè)備費用高分子模擬法提供了材料的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)的細節(jié)1.時間短2.精確度高3.操作方便4.適用范圍廣本實驗就通過分子動力學(xué)（MD）模擬水分子在聚乙烯醇和在聚酰胺（尼龍6）中的擴散行為，根據(jù)軟件的動力學(xué)分析來得到水分子在聚合物中擴散的均方位移MSD，由得到的均方位移與時間的關(guān)系作圖，來得到水分子的擴散系數(shù)D。二、實驗部分1、實驗原理(擴散定律)2、實驗步驟

圖2.1實驗?zāi)M工藝圖1、實驗原理擴散定律（fick第二定律）：單位體積內(nèi)粒子濃度隨時間的變化：考慮擴散系數(shù)受濃度的影響：

擴散系數(shù)與均方位移的關(guān)系：擴散系數(shù)與均方位移的微分有關(guān)：模擬得到MSD對時間的圖，a代表MSD曲線的斜率，所以2、實驗步驟1.建立初始結(jié)構(gòu)2.建立無定形晶胞3.進行晶胞的馳豫4.分子動力學(xué)的運行和分析5.輸出數(shù)據(jù)并計算擴散系數(shù)D組成調(diào)節(jié)計算運行建立初始結(jié)構(gòu)

abc

圖2.2建立的初始結(jié)構(gòu)，a-水分子，b-尼龍6，c-聚乙烯醇優(yōu)化結(jié)構(gòu)

ab

圖2.3優(yōu)化的結(jié)構(gòu)圖，a-尼龍6，b-聚乙烯醇建立無定形晶胞

ab圖2.4聚合物的晶胞圖，a-尼龍6的晶胞，b-聚乙烯醇晶胞晶胞的馳豫當(dāng)一個無規(guī)則晶胞生成時，分子可能不是等價地分布在晶胞中，這樣就造成了真空區(qū)。為了矯正這個，要進行能量最小化來優(yōu)化晶胞。最小化過后，要進行分子動力學(xué)模擬來平衡晶胞。分子動力學(xué)的運行和分析分析水分子在晶胞中的移動情形，得到水分子在均方位移MSD.輸出數(shù)據(jù)并計算擴散系數(shù)293.15K303.15K323.15K圖2.6不同溫度下水分子在聚乙烯醇中均方位移隨時間的變化ab聚合物對水的阻隔性能表征聚合物的結(jié)構(gòu)形態(tài)對小分子物質(zhì)在其中的擴散也有很大的影響，如在極性聚合物中極性分子的擴散要比非極性分子的擴散容易，而在非極性聚合物中極性分子的擴散要比非極性分子的擴散難。水在聚乙烯醇中：D=a/6=2.擴散定律（fick第二定律）：分子模擬中擴散系數(shù)的測定方法1、實驗原理(擴散定律)隨著溫度的升高，水在聚乙烯醇中和尼龍6中的擴散系數(shù)都增加。水在聚乙烯醇中的擴散系數(shù)D(10-8cm2/s)圖2.圖2.水在尼龍6中的擴散系數(shù)D(10-8cm2/s)974kJ/mol，水在尼龍6中的擴散活化能為26.分析水分子在晶胞中的移動情形，得到水分子在均方位移MSD.水在PVA中的擴散活化能為9.

293.15K303.15K323.15K圖2.7不同溫度下水分子在尼龍6中均方位移隨時間的變化三、結(jié)果與討論1、實驗結(jié)果與分析2、活化能的計算298K時：水在聚乙烯醇中：D=a/6=2.61(10-8cm2/s)

水在尼龍6中：D=a/6=0.08

(10-8cm2/s)

323K時：水在聚乙烯醇中：D=a/6=2.92(10-8cm2/s)

水在尼龍6中：D=a/6=0.18(10-8cm2/s)

373K時：水在聚乙烯醇中：D=a/6=3.11

(10-8cm2/s)

水在尼龍6中：D=a/6=0.66(10-8cm2/s)

3.1實驗結(jié)果與分析水在不同溫度下在兩種聚合物中的擴散系數(shù)：表中數(shù)據(jù)我們通過圖形來對比分析：溫度T水在聚乙烯醇中的擴散系數(shù)D(10-8cm2/s)水在尼龍6中的擴散系數(shù)D(10-8cm2/s)293.15K2.610.08303.15K2.920.18323.15K3.110.66利用光的干涉原理將物體光波完全精確記錄，并能使之再現(xiàn)還原的二次成像技術(shù)ab利用光的干涉原理將物體光波完全精確記錄，并能使之再現(xiàn)還原的二次成像技術(shù)ab分子模擬中擴散系數(shù)的測定方法當(dāng)一個無規(guī)則晶胞生成時，分子可能不是等價地分布在晶胞中，這樣就造成了真空區(qū)。分析水分子在晶胞中的移動情形，得到水分子在均方位移MSD.擴散系數(shù)與均方位移的微分有關(guān)：66(10-8cm2/s)ab15K323.某原子在兩個脈沖時間間隔內(nèi)在磁場中的回聲振幅衰減而獲得聚合物體系中溶劑自擴散系數(shù)對水的阻隔性或者吸附性的強弱主要是通過水的透過量，水的吸附量或者水的擴散程度來衡量?？紤]擴散系數(shù)受濃度的影響：974kJ/mol，水在尼龍6中的擴散活化能為26.3.2活化能的計算擴散系數(shù)與溫度的關(guān)系符合Arrhenius方程：

D=D0exp（-Ed/RT）或lnD=lnD0-Ed/RT以lnD對1/T作圖，由斜率可求出活化能Ed。

ab

圖3.2聚合物中l(wèi)nD與T的關(guān)系，a-