通过向不同聚合物中加入纳米颗粒,可得到多种多功能复合材料；聚合物对气体的溶解,与聚合物加工及气体分离等过程密切相关。在颗粒/聚合物和气体/聚合物组成的复合体系中,两种的作用机理相似,即颗粒或气体的聚集(分散)与聚合物化学特性及拓扑结构直接相关,而聚合物的微相分离等性质也会受到颗粒或气体的影响。采用相同或相似的理论方法,可以从微观层面分析不同因素对宏观行为的影响,这对于设计、开发新型材料是非常重要的。本文从分子(基团)问相互作用出发,通过构建相关理论模型,结合量化计算和分子模拟,分析颗粒/聚合物和气体/聚合物体系的微观结构,并由微观结构演化导出颗粒和气体在聚合物界面的聚集性质,即实现从分子(基团)作用-微观结构-宏观性质的机理解释。具体工作包括：(1)以颗粒/均聚物/溶剂体系为研究对象,研究颗粒及聚合物在固体表面聚集(分散)的平衡和非平衡行为。结合聚合物积分方程理论和密度泛函理论,构建了新的自由能泛函,表征聚合物拓扑结构对体系自由能的贡献,分析了聚合物构型熵及堆积熵对颗粒在表面聚集(分散)平衡的贡献。基于胶体的动力学密度泛函方程和溶剂力张量方程,引入聚合物链结构的自由能表达和运动张量,构筑了颗粒/聚合物/溶剂三位一体的动力学密度泛函理论模型,并通过Brownian动力学模拟验证了模型的可靠性。通过研究颗粒由四种不同聚合物(柔性线型链、半柔性线型链、柔性星型链和半柔性星型链)诱导的表面堆积过程及聚合物运动速度,系统分析了聚合物链结构和溶剂力对动力学过程的影响。研究表明,由于聚合物链结构和溶剂力的共同影响,不同体系中颗粒和聚合物链节运动展示出有差别的运动特征。(2)为研究颗粒/共聚物体系的微观结构,首先研究了嵌段共聚物微相分离行为。在受限积分方程理论框架内引入自由能泛函变分,提高了积分方程理论的自洽性,使理论模型兼具聚合物精细结构描述和自由能定量表征的特点,并将其应用于研究嵌段共聚物在受限表面和主体中的微相分离行为。通过和分子模拟比较,验证了模型的可靠性。通过改变共聚物的化学组成、共聚物链结构以及体系密度,或改变体系的外界环境(表面性质),实现了对共聚物微观结构和界面性质可控性调节,大大拓展了原有积分方程理论的应用范围,为正确描述共聚物的微观形貌提供了有效工具,也为进一步研究颗粒/嵌段共聚物体系打下基础。(3)基于共聚物微相分离基本特性,对颗粒/嵌段共聚物在界面及狭缝表面的结构与性质进行了研究。分析了颗粒粒径、颗粒-共聚物相互作用力、嵌段共聚物粒径的非对称性、狭缝宽度等因素对颗粒共聚物体系微观形貌的影响。研究表明,嵌段共聚物的微相分离对颗粒的聚集(分散)行为起引导作用,而颗粒对嵌段共聚物的微相结构亦产生影响。改变狭缝孔宽度会造成颗粒、聚合物微观形貌的改变,而颗粒的分散程度亦与孔宽相关。在保证共聚物分层厚度相近的情况下,孔宽减小,颗粒在表面的聚集程度会减弱。如果颗粒粒径增大,这种减弱趋势会变得更加明显。(4)结合积分方程理论和量化计算,从C02分子与聚乙烯亚胺低聚物不同基团之间各种相互作用及PEI空间结构关系出发,对C02的聚集与反应行为进行了研究。结合实验测定,分析了聚合物链长和拓扑结构对其物理、化学吸附性能的影响,定量评价了物理、化学吸附对总吸附的不同贡献。研究表明,PEI对C02的物理和化学吸附均会受到聚合物链长和拓扑结构的影响。在整个吸附过程中,受到静电效应和位阻效应的作用,体系的结构和电子密度会发生不同程度的重排。同一条聚合物链上不同位点的不同胺基的反应活性有所不同。链长增加,PEI的物理、化学吸附量均有所下降,但化学吸附受到链长的影响更明显。