高分子多尺度理論模擬方法及應(yīng)用

第1章量子化學(xué)計(jì)算方法原理及在高分子科學(xué)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用001
1.1量子化學(xué)計(jì)算方法基本原理002
1.1.1量子化學(xué)計(jì)算方法簡(jiǎn)介002
1.1.2常用量子化學(xué)計(jì)算方法原理005
1.2量子化學(xué)計(jì)算方法在高分子科學(xué)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用014
1.2.1高分子催化反應(yīng)機(jī)理研究014
1.2.2功能高分子材料光學(xué)性質(zhì)研究020
1.2.3纖維素體系分子間相互作用研究038
1.3總結(jié)與展望044
參考文獻(xiàn)045

第2章分子模擬原理及在烯烴聚合催化研究中的應(yīng)用049
2.1分子力學(xué)方法簡(jiǎn)介050
2.1.1基本原理050
2.1.2分子力場(chǎng)051
2.1.3計(jì)算勢(shì)能面的能量極小點(diǎn)055
2.2分子動(dòng)力學(xué)方法056
2.2.1分子動(dòng)力學(xué)方法的基本原理057
2.2.2分子動(dòng)態(tài)的數(shù)值算法058
2.2.3MD的抽樣統(tǒng)計(jì)與宏觀性質(zhì)計(jì)算059
2.2.4統(tǒng)計(jì)系綜的實(shí)現(xiàn)060
2.3電荷平衡法063
2.3.1原子能量的電荷依賴性064
2.3.2靜電平衡065
2.3.3交疊校正066
2.3.4QEq計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值的比較066
2.4構(gòu)象分析067
2.5分子模擬方法在烯烴聚合催化研究中的應(yīng)用068
2.5.1分子模擬應(yīng)用綜述068
2.5.2基于金屬原子凈電荷關(guān)聯(lián)法對(duì)催化活性的研究070
參考文獻(xiàn)090

第3章分子動(dòng)力學(xué)模擬方法在高分子溶劑化研究中的應(yīng)用095
3.1分子力場(chǎng)發(fā)展史與平衡時(shí)間096
3.1.1分子力場(chǎng)發(fā)展史096
3.1.2平衡時(shí)間098
3.2溶劑化研究背景102
3.2.1溶劑化研究的重要性102
3.2.2溶劑化研究的問題104
3.3高分子溶劑化的相互作用結(jié)構(gòu)105
3.3.1模型與模擬方法106
3.3.2聯(lián)苯分子的溶劑化結(jié)構(gòu)107
3.3.3高分子溶質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)110
3.3.4高分子溶劑化的機(jī)理112
3.3.5小結(jié)114
3.4總結(jié)與展望114
參考文獻(xiàn)114

第4章分子動(dòng)力學(xué)模擬方法在高分子膠體粒子傳輸性質(zhì)研究中的應(yīng)用117
4.1納米粒子輸運(yùn)性質(zhì)的研究現(xiàn)狀118
4.2納米粒子表面電荷分布對(duì)其輸運(yùn)性質(zhì)的影響119
4.3納米粒子與離子相互作用對(duì)其輸運(yùn)性質(zhì)的影響123
4.4納米粒子表面嫁接不同高分子鏈時(shí)的輸運(yùn)性質(zhì)132
4.5總結(jié)與展望142
參考文獻(xiàn)143

第5章非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬方法原理及在高分子材料纏結(jié)動(dòng)力學(xué)和流變性質(zhì)研究中的應(yīng)用149
5.1經(jīng)典非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬原理151
5.1.1非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬理論基礎(chǔ)151
5.1.2非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)157
5.2高分子動(dòng)力學(xué)理論169
5.2.1Rouse模型169
5.2.2Reptation模型175
5.2.3高分子動(dòng)力學(xué)理論的最新進(jìn)展177
5.3高分子纏結(jié)動(dòng)力學(xué)研究180
5.3.1普適粗?；Ｐ?80
5.3.2原子模型181
5.4高分子流變學(xué)性質(zhì)研究183
5.4.1普適粗粒化模型183
5.4.2原子模型184
參考文獻(xiàn)185

第6章系統(tǒng)粗?；椒ǖ脑?、進(jìn)展及在高分子體系結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究中的應(yīng)用191
6.1系統(tǒng)粗?；椒ǖ脑?92
6.2系統(tǒng)粗?；椒ǖ倪M(jìn)展194
6.3系統(tǒng)粗粒化方法在研究聚丁二烯（PB）體系中的應(yīng)用197
6.3.1PB粗?；Ｐ蜆?gòu)建及模擬細(xì)節(jié)198
6.3.2粗?；Ｐ偷臏囟冗w移性和代表性202
6.3.3小結(jié)218
6.4Lennard-Jones非鍵作用勢(shì)對(duì)聚苯乙烯粗?；?chǎng)遷移性的影響219
6.4.1聚苯乙烯（PS）粗粒化模型的構(gòu)建及模擬細(xì)節(jié)221
6.4.2Lennard-Jones勢(shì)對(duì)粗?；?chǎng)遷移性的影響226
6.4.3小結(jié)230
6.5構(gòu)建熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)自洽的聚苯乙烯粗粒化模型231
6.5.1粗?；?chǎng)優(yōu)化與模擬細(xì)節(jié)233
6.5.2粗粒化力場(chǎng)溫度遷移性及代表性234
6.5.3小結(jié)238
6.6總結(jié)與展望239
參考文獻(xiàn)240

第7章蒙特卡羅（Monte Carlo）方法的原理、進(jìn)展及在高分子共混體系相變與界面性質(zhì)研究中的應(yīng)用247
7.1高分子鏈構(gòu)象的蒙特卡羅抽樣方法原理與進(jìn)展248
7.1.1蒙特卡羅方法的基本思想及統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)249
7.1.2高分子物理中的鏈松弛算法249
7.1.3高分子鏈的抽樣方法252
7.2共聚物的梯度組成對(duì)三元對(duì)稱型高分子共混體系相轉(zhuǎn)變的影響254
7.2.1三元高分子共混體系的研究背景254
7.2.2模型與方法256
7.2.3共聚物的梯度組成對(duì)高分子共混體系相行為的影響257
7.2.4小結(jié)261
7.3三元對(duì)稱型共混體系的界面性質(zhì)和分子構(gòu)象261
7.3.1共聚物組成梯度的影響263
7.3.2均聚物與共聚物分子的鏈長(zhǎng)度比值α的影響264
7.3.3分離強(qiáng)度的影響265
7.3.4均聚物與共聚物鏈節(jié)間相互作用的影響266
7.3.5小結(jié)267
7.4界面共聚物鏈長(zhǎng)和梯度組成的多分散性對(duì)界面性質(zhì)的影響268
7.4.1界面上單分子飽和投影面積268
7.4.2飽和界面單層膜的彎曲模量270
7.4.3雙分散鏈長(zhǎng)所產(chǎn)生更小的共聚物界面平均占有面積的原因分析271
7.4.4雙分散梯度寬度的共聚物所擁有的較高界面占有面積值的原因分析272
7.4.5小結(jié)275
7.5總結(jié)與展望275
參考文獻(xiàn)276

第8章耗散粒子動(dòng)力學(xué)（DPD）模擬方法的原理與進(jìn)展279
8.1耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬方法簡(jiǎn)介280
8.1.1耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬方法的提出280
8.1.2耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬方法的發(fā)展概述281
8.2耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬方法的基本原理283
8.2.1耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬方法中的耗散-漲落定理推導(dǎo)283
8.2.2耗散粒子動(dòng)力學(xué)（DPD）粒子運(yùn)動(dòng)方程及各種力的表達(dá)286
8.2.3數(shù)值積分算法288
8.2.4耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬體系中參數(shù)的選擇292
8.2.5DPD模型模擬高分子體系的粗粒化與映射296
8.3耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬與靜電相互作用的耦合方法297
8.4耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬方法應(yīng)用的優(yōu)、缺點(diǎn)分析300
8.5耗散粒子動(dòng)力學(xué)熱浴在非球形模型中的擴(kuò)展302
8.5.1DPD平動(dòng)熱浴（T-DPD熱?。?02
8.5.2DPD轉(zhuǎn)動(dòng)熱浴（R-DPD熱?。?03
8.5.3DPD熱浴在GB體系平衡態(tài)模擬中的應(yīng)用303
8.5.4不同熱浴在GB體系非平衡態(tài)模擬中的比較306
8.6耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬GPU化309
8.6.1鄰近表建立310
8.6.2非鍵力計(jì)算311
8.6.3鍵接力計(jì)算312
8.6.4大尺度模擬算法312
8.6.5小結(jié)314
8.7總結(jié)與展望315
參考文獻(xiàn)316

第9章耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究多組分高分子材料相結(jié)構(gòu)和相動(dòng)力學(xué)321
9.1高分子三元共混體系相行為及相轉(zhuǎn)變與界面性質(zhì)322
9.1.1高分子共混體系的相行為322
9.1.2高分子共混體系相轉(zhuǎn)變與界面性質(zhì)330
9.2添加納米粒子的高分子共混體系相行為和分相動(dòng)力學(xué)340
9.2.1納米球表面性質(zhì)對(duì)不相容高分子共混體系相分離動(dòng)力學(xué)的影響341
9.2.2Janus納米粒子的形狀和分界面設(shè)計(jì)對(duì)高分子共混體系相行為和相分離動(dòng)力學(xué)的影響347
9.2.3納米棒表面性質(zhì)對(duì)靜態(tài)及剪切場(chǎng)下高分子共混體系增容行為和相結(jié)構(gòu)的影響357
9.3總結(jié)與展望369
參考文獻(xiàn)369

第10章耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究雙親分子及復(fù)雜高分子體系組裝行為375
10.1耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究T形及燕尾形三組分雙親分子相行為376
10.1.1T形三組分雙親分子的相行為 378
10.1.2π形/燕尾形三組分雙親分子的相行為394
10.2耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究生物膜體系401
10.2.1生物膜的相行為402
10.2.2生物膜的膜融動(dòng)力學(xué)405
10.3耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究高分子復(fù)合Janus納米材料410
10.3.1研究背景410
10.3.2環(huán)境響應(yīng)性Janus納米片形變的耗散粒子動(dòng)力學(xué)研究411
10.4總結(jié)與展望415
參考文獻(xiàn)416

第11章耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究半剛性高分子的本體熱致液晶相變和界面錨定取向行為421
11.1半剛性棒狀高分子的本體熱致液晶相變422
11.1.1熱致液晶模擬的研究現(xiàn)狀422
11.1.2棒狀液晶分子的模型構(gòu)建及模擬細(xì)節(jié)423
11.1.3剛性棒狀液晶分子的熱致液晶相變425
11.1.4半剛性棒狀液晶分子的熱致液晶相變430
11.1.5分子柔性對(duì)熱致液晶相變和動(dòng)力學(xué)行為的影響432
11.1.6小結(jié)433
11.2棒狀液晶分子在水-液晶界面上錨定取向行為434
11.2.1研究現(xiàn)狀與應(yīng)用434
11.2.2模型構(gòu)建與模擬設(shè)置436
11.2.3雙親分子的剛性嵌段與液晶分子間的相互作用對(duì)錨定行為的影響438
11.2.4溫度對(duì)錨定行為的影響444
11.2.5小結(jié)450
參考文獻(xiàn)450

第12章耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究磺化聚酰亞胺質(zhì)子交換膜455
12.1磺化聚酰亞胺質(zhì)子交換膜的研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)述456
12.2磺化聚酰亞胺質(zhì)子交換膜體系的模型構(gòu)建和模擬細(xì)節(jié)459
12.3序列分布對(duì)磺化聚酰亞胺質(zhì)子交換膜形貌和性能的影響461
12.3.1相態(tài)結(jié)構(gòu)462
12.3.2質(zhì)子傳導(dǎo)率467
12.3.3膜尺寸穩(wěn)定性468
12.3.4膜的力學(xué)性質(zhì)470
12.4總結(jié)與展望471
參考文獻(xiàn)472

第13章耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬研究熔體靜電紡絲477
13.1靜電紡絲計(jì)算機(jī)模擬研究現(xiàn)狀478
13.2熔體靜電紡絲耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬體系482
13.3紡絲纖維下落速度483
13.3.1電場(chǎng)力對(duì)紡絲纖維下落速度的影響483
13.3.2高分子熔體黏度對(duì)紡絲纖維下落速度的影響484
13.3.3高分子鏈長(zhǎng)對(duì)紡絲纖維下落的影響485
13.4下落過程中纖維微觀結(jié)構(gòu)487
13.4.1下落過程中紡絲纖維不同階段的速度變化487
13.4.2熔體黏度與不同階段的纖維下落速度的關(guān)系488
13.4.3下落過程中彈簧系數(shù)對(duì)纖維中分子鏈的均方末端距的影響488
13.5總結(jié)與展望489
參考文獻(xiàn)490

第14章相場(chǎng)方法的原理、進(jìn)展及在多組分多相高分子體系研究中的應(yīng)用493
14.1相場(chǎng)方法原理494
14.1.1固溶體模型497
14.1.2流體模型498
14.1.3雙流模型498
14.2相場(chǎng)方法研究進(jìn)展501
14.2.1旋節(jié)相分離初期的線性理論研究501
14.2.2旋節(jié)相分離后期的標(biāo)度理論研究502
14.2.3計(jì)算機(jī)模擬研究503
14.3GPU加速相場(chǎng)方法的數(shù)值模擬504
14.3.1GPU加速的算法實(shí)現(xiàn)504
14.3.2GPU加速的驗(yàn)證506
14.3.3小結(jié)508
14.4高分子共混物的分相研究509
14.4.1高分子共混物的黏彈相分離509
14.4.2剪切場(chǎng)下高分子材料分相研究513
14.5總結(jié)與展望517
參考文獻(xiàn)517

索引521