流体在聚偏氟乙烯纳米通道内的分子动力学模拟研究

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聚偏氟乙烯(PVDF),具有良好的化学稳定性、耐热性、机械稳定性,是一种性能优良的新型聚合物膜材料。对PVDF进行亲水化改性,提高材料的抗污染能力是膜科学领域的热点问题。然而,从理论上解释膜材料表面微观结构同膜亲水性、抗污染能力间的关联机制,仍有待研究。随着科技的发展与计算机应用领域的扩大,将传统实验应用于计算机中模拟已成为趋势,既能减少不必要的资源浪费,又能否定一部分不合理的实验猜想,在模拟过程中达到预期目的。本文采用分子动力学模拟方法,建立PVDF模型,并针对其性能,对流体在纳米级别的PVDF膜通道内的运动过程进行了计算研究。采用纳米通道模型,模拟流体在PVDF纳米通道内的运动,有利于研究流体流动的表面效应,研究流体在纳米通道内的表面亲润性、非对称通道内的运动规律、流体的运动特性以及膜表面性质改变对流体的影响。本文利用Material Studio 6.0软件Dmol3模块建立PVDF晶体模型并对其几何结构进行优化处理。随后结合文献建立力场参数,升高温度对PVDF膜进行烧结处理,再通过逐步降温得到熔融态的膜通道体系。通过LAMMPS软件进行分子动力学模拟,结果表明:熔融态的PVDF膜表面流体分子分布更均匀,并且亲水性得到改善;甲醇溶液与水溶液对膜表面性质的影响不明显;不同孔径的PVDF纳米通道对溶液分子在孔道的分布有一定的影响,孔径增大,孔径对流体的抑制作用就会降低,溶液分子分布越易趋于均匀。
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