聚电解质-胶体溶液的分子模拟研究

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1、北京化工大学硕士学位论文聚电解质-胶体溶液的分子模拟研究姓名：胡义钰申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：曹达鹏20090601北京化工大学硕士学位论文聚电解质一胶体溶液的分子模拟研究摘要聚电解质一胶体络合物由于其在很多领域内的重要应用，如胶体稳定性，电动力学性质、悬浊液粘性以及生物体系络合物等，已经成为国际上的一个研究热点。本文研究工作包括两个部分：聚电解质的桥链结构对胶体颗粒静态和动态行为的影响和水溶液中非均匀带电的类富勒烯结构的纳米颗粒在平板聚电解质刷上的吸附的布朗动力学(BD)研究。首先基于粗粒度模型我们用布朗动力学模拟的方法考察了以两端带电的

2、聚电解质为媒介的桥链结构对水溶液中胶体的径向分布函数(I①F)和扩散行为的影响。为便于比较，我们还考察了由一端带电的聚电解质与胶体形成的体系的各种相对应的性质。模拟结果显示，当体系浓度较小时两端带电的聚电解质会引起胶体的聚集。这是由于在低浓度的情况下，聚电解质的回转半径小于体系胶体间的平均距离。当两端带电的聚电解质同时吸附在两个不同的胶体上时，聚电解质的桥链作用将主导胶体的RDF及其扩散行为。随着体系浓度的增大，聚电解质的回转半径将大于体系中胶体问的平均距离，这时聚电解质的桥链作用就可以忽略了。通过考察两端带电的聚电解质对胶体静态和动态行为的影响，有助于我

3、们进一步的合成胶体溶液的稳定剂或聚沉剂。另外，随着高分子合成技术的发展，很多具有新结构的聚电解质T北京化工大学硕士学位论文被合成出来，其中包括一些聚电解质刷子系统。基于粗粒度模型，我们用BD的模拟方法在水溶液中考察了类富勒烯结构的纳米颗粒在平板聚电解质刷上的吸附。模拟发现，整体为电中性的纳米颗粒能够吸附在聚电解质刷上。这是由聚电解质刷对纳米颗粒表面正电区域的吸引和对其负电区域的排斥而引起的静电非对称作用力所导致的。模拟结果显示，当纳米颗粒的偶极矩非常大时，纳米颗粒在主体相中容易发生团聚形成纳米团簇，它的形成不利于纳米颗粒在分子刷上的吸附。当纳米颗粒偶极矩较

4、小时，其吸附量随分子刷嫁接密度的增加而单调递减；但纳米颗粒的偶极矩较大时，其吸附量与分子刷嫁接密度的关系表现为非单调性。另外我们还发现分子刷的嫁接密度是影响分子刷厚度和体系渗透压的一个重要因素。关键字：聚电解质、胶体、络合物、聚电解质刷、纳米颗粒、偶极矩、渗透压II北京化工大学硕士学位论文MolecularSimulationonPolyelectroIyte—ColloidSolutionsAbstractDuetoimportantapplicationsofpolyelectrolyte(PE)-colloidsysteminmanyfields，s

5、uchascolloidalstability，electrokinetics，viscosityofsuspensionandthecomplexationsofbiologicalsystem，theinvestigationsonPE—colloidssystemsgainalotofscientificattentioninthelastdecades．Thisworkcontainstwosections．OneisBrowniandynamics(BD)simulationoftheeffectofbridgingconformationofP

6、Esonstaticanddynamicbehaviorofcolloids．Theotherisadsorptionofnonuniformlychargedfullerene—likenanoparticlesonplanarPEbrushesinanaqueoussolution．BDsimulationisperformedtoinvestigatetheeffectofthebridgingconformationofthePEwithtwochargedheads(two-headsPE)ontheradialdistributionfunct

7、ion(RDF)anddiffusionbehaviorofcolloidsonthebasisofthecoarsegrainedmodel．Forcomparison，thesystemcontainingcolloidsandthePEwithonlyonechargedhead(one—headPE)isalsoinvestigated．Thesimulationresultsindicatethat，atlowconcen仃ations，thebridgingeffectofthetwo—headsPEchainleadstocorrelatio

8、nofcolloids．ThereasoniSthatatlowc