表面接枝二分散聚合物的自洽场理论

建立了表面接枝多分散聚合物的自洽场理论.通过对二分散聚合物进行自洽场模拟,研究了排除体积参数对分子链密度分布的影响,考察了分子链的摩尔分数与自由端分布的关系并将模拟结果与强伸展理论进行了比较.通过计算分子链的链段密度分布和伸展轨迹,讨论了二分散聚合物分子链的伸展行为.

自洽场理论研究嵌段聚合物的并行算法实现

自洽场理论的数值计算方法在聚合物热力学的研究中得到了广泛的应用,尤其应用在嵌段共聚物微相分离形态的预测和描述方面[1～6]。该理论方法灵活性较强,参数空间的调整范围较大,能应用的计算体系也变化多样,难以建立固定的既有软件包,现有文献也鲜见针对该理论算法并行化的研究。本文就该理论在嵌段共聚物自组装问题上的数值计算的并行算法实现进行了研究和讨论,给出了算法性能的理论分析,并进行了实验测试。测试结果显示,本文提出的并行算法可获得良好的并行加速比,并行效率较高。该算法的提出有助于推动包括针对聚合物在内的软物质理论的研究工作。

嵌段共聚物和星型均聚物共混体系相行为的自洽场理论研究

用自洽场理论方法(Self-consistent field theory,SCFT)计算了嵌段共聚物AB和三等臂星型均聚物A共混体系的微相形态.为了简化计算,着重讨论了固定嵌段共聚物本体的相形态(如层状相)时,所加入的均聚物的体积分数及均聚物与嵌段共聚物链长之比对体系相形态的影响;并结合体系的熵和相互作用能的变化,讨论了星型均聚物在体系微相结构中的分布.

柔性高分子/小分子液晶混合物的自洽场理论

发展了柔性高分子 /小分子液晶混合物连续自洽场理论 .将小分子液晶模型化为取向与位置无关的单体分子 ,小分子液晶间存在各向异性的Maier Saupe相互作用 .该理论可还原成高分子和各向同性小分子组成的Flory Huggins溶液理论和纯液晶的Maier Saupe液晶理论 .通过数值解自洽场方程组 ,还将理论用于研究柔性高分子 /小分子液晶混合物相分离界面性质 .

带电聚合物刷自洽场理论的数值计算实现

介绍了Biesheuvel等人提出的有关带电聚合物刷的自洽场理论,在此基础上,提出该自洽场理论的数值计算,并给出利用数值计算得出的密度分布图。

非线性弹簧链在自洽场理论中的应用

传统的高斯链自洽场理论不适用于聚合物链高度强伸展的体系。为了弥补这一缺陷,发展了一种基于聚合物珠链模型的自洽场理论方法,其中聚合物链上的珠子通过非线性Warner弹簧势(Warner spring potential)连接。通过赝谱方法求解自洽场方程,并将该方法应用于两嵌段共聚物的微相行为研究,验证了方法的有效性。研究中,构建了层状结构周期与Flory-Huggins参数、非键势作用范围及聚合度的标度关系,发现所得的标度关系与强分离理论预测的结果吻合。此外,研究了极限键长对微相行为的影响,研究表明通过改变极限键长可以将自由结合链模型和高斯链模型关联起来。该方法可应用于传统高斯链自洽场理论不适合的体系,如低盐浓度下的强聚电解质体系等。

突变复合腔回旋管自洽场理论与模拟

研究了具有突变结构复合腔回旋管注波互作用自洽非线性理论.用场匹配方法处理了腔中的突变结构,从具有电子流源的普遍传输线方程出发,研究了腔中注波互作用非线性理论,在腔直径渐变部分考虑了模式之间的耦合.利用此非线性理论模型,对突变结构复合腔三次谐波回旋管中电子流与H511—H521模式对的高频场互作用进行了详细数值模拟,得出了许多有价值的结果.计算结果表明,在合适的腔体结构尺寸下,注波互作用效率可大于25%.

高分子体系的自洽场理论方法及其应用

高分子体系的自洽场理论(self-consistentfieldtheory,SCFT)是基于平均场近似的粗粒化模型,特别适合研究发生相分离的非均相高分子体系在平衡态的相结构及相图,其突出的优点在于能够考虑链拓扑构型、链序列分布等链的细节特点.本文将对高分子体系的SCFT方法作较为详尽的介绍.重点根据多年来我们自己的研究工作并结合实例,简要介绍SCFT方法在具有复杂拓扑结构的多嵌段共聚高分子本体及稀溶液中的微相分离形态的预测、表面接枝高分子的纳米颗粒间的相互作用、含液晶体系的界面问题以及表面锚泊高分子链的囊泡形状问题等诸多前沿领域的具体应用.最后,展望了SCFT方法的可能发展方向和应用前景.

自洽场分子轨道理论

从自洽场分子轨道理论(Self-Consistent Field Theory,SCFT)的提出,阐述了它的现状及发展趋势。

表面等离极化激元对电荷输运影响的自洽场理论研究

采用自洽场方法获得体系电荷密度分布 ,根据激子理论分析体系电荷密度矩阵 ,推导出表面等离极化激元(SPP)的频谱分布 ,并在原子轨道函数基上构造电流输运的矩阵等式 ,然后采用SPP频谱规范电流输运矩阵得到电流输运多项式的表达形式 .

A/B/A-b-B/(A-b-B)_4四元共混体系相行为的自洽场理论研究

为了模拟多组分高抗冲聚丙烯(HIPP)的相分离及其形态,我们运用自洽场理论(self-consistent field theory,SCFT)研究了均聚物A/均聚物B/两嵌段共聚物A-b-B/交替共聚物(A-b-B)4四元共混体系的相分离及形态演化,着重讨论了各种组分的链长和含量对体系形成各种多层核壳结构的影响.

圆柱表面上高分子共混刷微相分离的自洽场理论研究

我们运用高分子自洽场理论方法,结合"masking"技术,研究了高分子共混刷接枝到无限长圆柱表面上的微相分离行为.理论预言了柱面上高分子共混刷的两种典型相分离形态:平行条纹相和环状相.我们考察了圆柱半径、接枝密度以及相互作用参数对二者的影响,给出了体系在不同参数下相分离形态的相图,并且从相分离程度的角度对平行条纹相和环状相之间的转变作了解释.我们还研究了平行条纹相相区数目以及环状相交替周期随圆柱半径的变化.理论所预言的平行条纹相和环状相的存在以及体系参数对其稳定性的影响将有助于实验上合理设计、制备这类新颖的高分子刷材料.

受限于两平行板间的对称星形共聚物Am Bm熔体相行为的格子自洽场理论研究

采用格子自洽场理论计算研究了受限于2个平行板间的对称星形共聚物AmBm(m=1,2,3,4,5)熔体形成的层状相结构.在给定的相互作用下(χNAB不变,χ为Flory-Huggins相互作用参数,NAB=(N−1)/m为单个聚合物分子中一对AB臂的总链节数目),针对平行板间距为体相周期的情况,系统考察了共聚物链长N和单个聚合物分子中A(或B)臂数目m对受限层结构细节及层取向的影响.由计算结果,当N或NAB不变时,受限层的归一化界面宽度随m的增大而减小.受限板为中性时,垂直层结构的单链自由能比平行层结构的低.随着板对共聚物中一种嵌段的选择作用Λ的增大,体系发生垂直层到平行层的转变,该转变为一阶相变.当m不变时,N越小,上述转变出现在越大的Λ值处,体系越容易保持垂直层结构.并且N越小,层状结构周期越小.当N或NAB不变时,m越大体系越容易保持垂直层结构.总之,星形共聚物的链长越短、臂数越多时,垂直层稳定的Λ区间越大、层状结构的界面宽度越小.这些结论可以指导刻蚀应用中对体系参数的选择.

π电子自洽场分子轨道理论及其应用

本文对π电子自洽场分子轨道理论 (PPP)方法及其应用进行了评述。表明PPP半经验分子轨道方法在研究有机共轭大分子光物理性质和预示新型材料方面起着积极重要的作用。

θ溶剂中树枝形均聚物的自洽场理论计算

树枝形大分子因其高度支化的特殊结构,在传感、载药、催化等众多领域有着广泛的应用潜力.运用高斯链模型推导了溶液体系中树枝形均聚物的自洽场方程组.并在不考虑体积排除作用的条件下,计算了θ溶液中分子的中心链节官能度f0、支化点官能度f、间隔链段的聚合度P、以及总代数G对链节浓度分布及均方回转半径的影响.计算结果显示,链节浓度分布总是符合“dense-core”的模型,即在所有计算参数组合下,链节浓度总是沿径向单调下降,并随f0、f和G的增加而单调增加.自洽场计算得到的树枝形均聚物的均方回转半径R与Rouse动力学模型的计算结果基本一致,在f0、f和G的数值较大时,都能够得到<R^2>≈GPa^2的标度律关系.

柔性树枝形大分子溶液的自洽场理论计算

树枝形大分子是一种新型高分子材料,其浓度分布、末端官能团分布和分子尺寸决定了材料的性质.在柔性支化臂条件下,推导了均聚物树枝形大分子在溶剂中的自洽场理论,计算了不同代数G的树枝形大分子的链节浓度分布.计算结果表明:(1)在良溶剂(或绝热溶剂)中,柔性支化臂的树枝形大分子符合"dense-core"模型,链节浓度沿径向缓慢下降;(2)由于柔性链的折回构象,末端链没有向球形分子的外缘球壳层聚集的倾向;(3)不同代数的支化臂所受的拉伸强度不同,近中心处的第一代支化臂所受的拉伸程度最大;(4)自洽场计算与Flory平均场理论标度律估算结果一致,得到树枝形大分子在良溶剂中的分子尺寸具有标度律R^(GP)^(1/5)N^(2/5),其中P是单个支化臂的聚合度,N是分子的总的链段数;(5)在G固定的情况下,该标度律简化为R^P^(3/5)(.

平行壁面间平衡聚合物吸附行为的自洽场分析

采用自洽场理论研究了平衡聚合物在平行壁面间的吸附规律.结果表明,平衡聚合物的吸附行为可根据壁面吸附强度划分为弱吸附和强吸附两个区间.在强吸附区间,平衡聚合物可以形成明确的吸附层,增大吸附强度能够引起平均分子链长的陡增,但不会改变链长分布的指数形式.平衡聚合物的长链分子在强吸附条件下较短链分子更靠近吸附壁面,在弱吸附条件下,则更接近体系中心.通过计算壁面压强发现:在弱吸附作用下,吸附壁面始终受到分子链的推斥作用;在强吸附作用下,分子链对壁面的作用随壁面间距的加大由推斥转变为吸引.平衡聚合物的溶解性和排空效应以及壁面吸附作用之间存在竞争关系,加大排除体积作用参数会引起分子链密度分布的均一化和壁面承受压强的降低.

辐射不透明度计算中含温有界原子结构理论的不确定度量化

以交换势的泛函表达式为核心,分析产生原子结构理论不确定度的主要原因,阐述辐射不透明度计算中含温有界原子结构理论不确定度量化的具体步骤,给出能级、矩阵元的不确定度量化计算公式,以及判定理论模型优劣的判据.以汞、金、铁元素为例,通过数值计算,根据对比分析,验证该不确定度量化方法的可行性.

软物质主要理论综述

本文主要讨论了软物质体系的一些主要理论,如弹性理论、相变理论、标度理论、自洽场理论、颗粒物质理论的发展历史和现状,同时讨论了熵在软物质体系中的作用等.软物质体系中还有一些重要的动力学理论,如黏性问题、扩散问题、介面波的运动等问题均没有在本文中提及,这些领域中也有一些软物质体系重要的理论研究工具和手法.

掺杂无机性纳米粒子的嵌段聚合物体系的场理论模拟研究

自洽场理论(SCFT)是目前国内外研究纳米粒子聚合物复合材料以及聚合物材料的重要研究理论之一,基于自洽场理论对掺杂有无机性纳米粒子的AB嵌段聚合物体系进行场理论自组装模拟。对无机性纳米粒子AB嵌段聚合物体系中的纳米粒子与AB嵌段聚合物之间的相互作用势,本文引入一个势函数u(r),然后对体系进行自洽场理论分析和计算模拟。通过对纳米粒子半径、浓度对体系平衡态影响的计算模拟研究发现:当纳米粒子浓度、半径逐步增大时,其纳米粒子表面与聚合物的分布方式从层状式分布逐步过渡到发散式分布;同时还研究发现无机性纳米粒子嵌段聚合物体系中的A、B嵌段聚合物浓度对纳米粒子的分布情况无影响。综述以上的结果验证无机性纳米粒子/嵌段聚合物体系中纳米粒子的表面效应和体积效应对体系的平衡态有很大的影响。