高分子多尺度理論模擬方法及應用

第1章量子化學計算方法原理及在高分子科學研究領(lǐng)域中的應用001
1.1量子化學計算方法基本原理002
1.1.1量子化學計算方法簡介002
1.1.2常用量子化學計算方法原理005
1.2量子化學計算方法在高分子科學研究領(lǐng)域中的應用014
1.2.1高分子催化反應機理研究014
1.2.2功能高分子材料光學性質(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045

第2章分子模擬原理及在烯烴聚合催化研究中的應用049
2.1分子力學方法簡介050
2.1.1基本原理050
2.1.2分子力場051
2.1.3計算勢能面的能量極小點055
2.2分子動力學方法056
2.2.1分子動力學方法的基本原理057
2.2.2分子動態(tài)的數(shù)值算法058
2.2.3MD的抽樣統(tǒng)計與宏觀性質(zhì)計算059
2.2.4統(tǒng)計系綜的實現(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計算結(jié)果和實驗值的比較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用068
2.5.1分子模擬應用綜述068
2.5.2基于金屬原子凈電荷關(guān)聯(lián)法對催化活性的研究070
參考文獻090

第3章分子動力學模擬方法在高分子溶劑化研究中的應用095
3.1分子力場發(fā)展史與平衡時間096
3.1.1分子力場發(fā)展史096
3.1.2平衡時間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高分子溶劑化的機理112
3.3.5小結(jié)114
3.4總結(jié)與展望114
參考文獻114

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

第5章非平衡分子動力學模擬方法原理及在高分子材料纏結(jié)動力學和流變性質(zhì)研究中的應用149
5.1經(jīng)典非平衡分子動力學模擬原理151
5.1.1非平衡分子動力學模擬理論基礎(chǔ)151
5.1.2非平衡分子動力學模擬技術(shù)157
5.2高分子動力學理論169
5.2.1Rouse模型169
5.2.2Reptation模型175
5.2.3高分子動力學理論的最新進展177
5.3高分子纏結(jié)動力學研究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185

第6章系統(tǒng)粗?；椒ǖ脑怼⑦M展及在高分子體系結(jié)構(gòu)性質(zhì)研究中的應用191
6.1系統(tǒng)粗?；椒ǖ脑?92
6.2系統(tǒng)粗?；椒ǖ倪M展194
6.3系統(tǒng)粗?；椒ㄔ谘芯烤鄱《≒B）體系中的應用197
6.3.1PB粗?；Ｐ蜆?gòu)建及模擬細節(jié)198
6.3.2粗粒化模型的溫度遷移性和代表性202
6.3.3小結(jié)218
6.4Lennard-Jones非鍵作用勢對聚苯乙烯粗?；鲞w移性的影響219
6.4.1聚苯乙烯（PS）粗粒化模型的構(gòu)建及模擬細節(jié)221
6.4.2Lennard-Jones勢對粗?；鲞w移性的影響226
6.4.3小結(jié)230
6.5構(gòu)建熱力學與結(jié)構(gòu)自洽的聚苯乙烯粗?；Ｐ?31
6.5.1粗?；鰞?yōu)化與模擬細節(jié)233
6.5.2粗粒化力場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240

第7章蒙特卡羅（Monte Carlo）方法的原理、進展及在高分子共混體系相變與界面性質(zhì)研究中的應用247
7.1高分子鏈構(gòu)象的蒙特卡羅抽樣方法原理與進展248
7.1.1蒙特卡羅方法的基本思想及統(tǒng)計理論基礎(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三元對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度比值α的影響264
7.3.3分離強度的影響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界面共聚物鏈長和梯度組成的多分散性對界面性質(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276

第8章耗散粒子動力學（DPD）模擬方法的原理與進展279
8.1耗散粒子動力學模擬方法簡介280
8.1.1耗散粒子動力學模擬方法的提出280
8.1.2耗散粒子動力學模擬方法的發(fā)展概述281
8.2耗散粒子動力學模擬方法的基本原理283
8.2.1耗散粒子動力學模擬方法中的耗散-漲落定理推導283
8.2.2耗散粒子動力學（DPD）粒子運動方程及各種力的表達286
8.2.3數(shù)值積分算法288
8.2.4耗散粒子動力學模擬體系中參數(shù)的選擇292
8.2.5DPD模型模擬高分子體系的粗?；c映射296
8.3耗散粒子動力學模擬與靜電相互作用的耦合方法297
8.4耗散粒子動力學模擬方法應用的優(yōu)、缺點分析300
8.5耗散粒子動力學熱浴在非球形模型中的擴展302
8.5.1DPD平動熱浴（T-DPD熱?。?02
8.5.2DPD轉(zhuǎn)動熱?。≧-DPD熱?。?03
8.5.3DPD熱浴在GB體系平衡態(tài)模擬中的應用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耗散粒子動力學模擬GPU化309
8.6.1鄰近表建立310
8.6.2非鍵力計算311
8.6.3鍵接力計算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316

第9章耗散粒子動力學模擬研究多組分高分子材料相結(jié)構(gòu)和相動力學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力學340
9.2.1納米球表面性質(zhì)對不相容高分子共混體系相分離動力學的影響341
9.2.2Janus納米粒子的形狀和分界面設計對高分子共混體系相行為和相分離動力學的影響347
9.2.3納米棒表面性質(zhì)對靜態(tài)及剪切場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369

第10章耗散粒子動力學模擬研究雙親分子及復雜高分子體系組裝行為375
10.1耗散粒子動力學模擬研究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耗散粒子動力學模擬研究生物膜體系401
10.2.1生物膜的相行為402
10.2.2生物膜的膜融動力學405
10.3耗散粒子動力學模擬研究高分子復合Janus納米材料410
10.3.1研究背景410
10.3.2環(huán)境響應性Janus納米片形變的耗散粒子動力學研究411
10.4總結(jié)與展望415
參考文獻416

第11章耗散粒子動力學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分子柔性對熱致液晶相變和動力學行為的影響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)狀與應用434
11.2.2模型構(gòu)建與模擬設置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錨定行為的影響438
11.2.4溫度對錨定行為的影響444
11.2.5小結(jié)450
參考文獻450

第12章耗散粒子動力學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)建和模擬細節(jié)459
12.3序列分布對磺化聚酰亞胺質(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)子傳導率467
12.3.3膜尺寸穩(wěn)定性468
12.3.4膜的力學性質(zhì)470
12.4總結(jié)與展望471
參考文獻472

第13章耗散粒子動力學模擬研究熔體靜電紡絲477
13.1靜電紡絲計算機模擬研究現(xiàn)狀478
13.2熔體靜電紡絲耗散粒子動力學模擬體系482
13.3紡絲纖維下落速度483
13.3.1電場力對紡絲纖維下落速度的影響483
13.3.2高分子熔體黏度對紡絲纖維下落速度的影響484
13.3.3高分子鏈長對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490

第14章相場方法的原理、進展及在多組分多相高分子體系研究中的應用493
14.1相場方法原理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相場方法研究進展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)相分離后期的標度理論研究502
14.2.3計算機模擬研究503
14.3GPU加速相場方法的數(shù)值模擬504
14.3.1GPU加速的算法實現(xiàn)504
14.3.2GPU加速的驗證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剪切場下高分子材料分相研究513
14.5總結(jié)與展望517
參考文獻517

索引521