基于au（111）表面自组装膜的结构及其与环氧界面的分子模拟

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1、哈尔滨工业大学硕士学位论文Au（111）表面自组装膜的结构及其与环氧界面的分子模拟姓名：杨小波申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：黄玉东20050601哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要分子模拟是利用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为，进而模拟分子体系的各种物理化学性质。分子模拟法可以模拟研究化学反应的路径、过渡态、反应机理等十分关键的问题。代替以往的化学合成、结构分析、物理检测等实验；可进行新材料的设计，能缩短新材料研制的周期，降低开发成本。鉴于此，本课题就运用分子模拟方法研究了Au(111)表面自组装硫醇分子的结构，以及该自组装膜与环氧树脂的界面作用。本文采

2、用Accelrys公司的MaterialsStuio模拟软件，按照s原子在Au(111)表面以(43×43)R300和C(4×2)两大皂组装排布结构体系，建立了在Au(111)表面分别自组装含有2、6、9、11、13个碳原子的五种脂肪族羟基烷基硫醇分子的结构模型和含有羟基、氨基、乙烯基、巯基和羧基的五种芳香族取代芳基硫醇分子的结构模型。同时，通过在上述分子模型中添加环氧层结构模型，建立了Au(111)表面自组装膜与环氧树脂的界面模型。通过对覆盖密度分别为1／2和1，3的两种自组装结构下的Au(111、表面组装不同链长的脂肪族硫醇的自组装结构模型进行分子力学模拟，发现：随着自组装脂肪

3、族硫酵分子链长的增加，S—C键的键长先是逐渐增大，然后在碳原子达到9个之后开始发生转折，即S．c键的键长又开始逐渐减小。并且覆盖率为1／3的(√3×√3)R30。自组装结构比覆盖率为1，2的C(4x2)自组装结构的能量更低、结构更稳定。分别对两种覆盖率下的Au(111)表面自组装膜与环氧树脂的界面模型进行动力学模拟，分析表明：在两种自组装结构下得到相同的结果，即含有11个碳原子的HS(CH2)110H分子比其它脂肪族硫醇分子与环氧树脂界面的相互作用能量都要高。带氨基基团的HS(C6H4)NH2分子与环氧界面的相互作用力在已选择的所有的芳香族硫醇分子模型中最强。同时通过自组装实验和微

4、复合材料界面剪切性能测试，验证了模拟结果的正确性。分别对c(4x2)和(43X43)R30。两种硫醇分子自组装结构下的相同种类自组装分子与环氧树脂模型之间的界面能量进行比较分析，结果表明f√3×43)R30。自组装结构要比C(4×2)自组装结构更能提高单分子膜与环氧树脂的界面强度。关键词分子模拟；Au(111)表面；硫醇；自组装膜与环氧树脂界面；界面相互作用能塞篓堡三兰銮兰三：堡：兰竺兰兰AbstractMolecularsimulationmeansthatthemolecularstructureandbehavioraresimulatedwiththemolecularmo

5、delinatomiclevelusingcomputer,alsothephysicalandchemicalpropertiesofthesystemarecalculated．MolecularsimulationmethodwasusedtOresearchsomecriticalsubjectssuchasthewaysofchemicalreaction，transitionstate，reactionmechanicsandSOon．Alsoitwasappliedtodesignnewmaterialssubstitutingsomeexperimentsofche

6、micalsynthesis，analysisofstructureandphy’sicaldetection．Atthesametime，theperiodofresearchandtheCOstofdevelopmenthavebeencutdown，Therefore，thestructureofself-assemblythiolmoleculesontheAu(111)surfaceandtheinterfaeialinteractionbetweenself-assemblymembraneandepoxyresinarestudiedbymolecularsimula

7、tioninthistopic．ThesoftwarenamedMaterialsStudiowasemployedinthispaperwhichwasproducedbyAccelryscompany．Accordingtothe(√3×43)R30。andc(4×2)structuresystemofSatomself-assembledonAu(111)s11rface，fivekindsofstructuremodelsofaliphatichydroxya