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本论文利用分子动力学模拟方法,采用具有普适性的粗粒化的高分子链模型,对从非缠结区过渡到缠结区的受限高分子的静态结构和动态行为进行了系统的模拟,并且和目前流行的理论预测进行了详细的对照和分析。模拟工作跨越了从非缠结到缠结状态的宽广的链长范围,和从远小于高分子链尺寸的薄膜厚度到比高分子链尺寸大一个数量级的薄膜厚度、再到本体的空间受限参数范围,重点研究了以下三个方面的内容:
1.受限于中性光滑壁内的聚合物熔体膜的性质。
这部分工作考虑了壁的空间约束效应和链的缠结效应。随着膜厚的降低,薄膜内短链的弛豫时间单调地增长,而长链的弛豫时间呈现非单调的变化。长链的弛豫时间随膜厚的降低逐渐缩短,当膜厚达到无扰链的尺寸时,弛豫时间随膜厚的降低又转而逐渐增长。模拟结果表明,壁的空间约束效应减慢受限高分子的动力学过程,而长链的解缠结效应加速处于受限状态的长链的动力学过程。
2.受限于具有吸引作用的光滑壁内的聚合物熔体膜的性质。
这部分工作主要研究了壁与薄膜内单体的相互作用对受限高分子动力学行为的影响。与中性光滑壁体系的不同之处在于,随着膜厚的降低,该体系中长链的弛豫时间先增长后缩短。导致这种差异的主要原因是,在膜厚降低的过程中,壁的吸引作用成为主要因素,减慢长链的弛豫过程;当膜厚达到无扰链的尺寸时,壁的空间约束效应诱导的链间贯穿程度的降低成为主要因素,转而加速长链的弛豫过程。
3.受限于具有排斥作用的粗糙壁内的聚合物熔体膜的动力学性质。
这部分工作主要研究了壁的局部几何性质对受限高分子动力学行为的影响。该体系中链的弛豫时间和中性光滑壁约束体系中链的弛豫时间对膜厚及其链长的依赖性定性上一致。由于组成粗糙壁的粒子和体系中单体的大小处于同一数量级,因此在模拟所考察的链长和膜厚范围内,该类粗糙度对受限高分子的动力学行为没有影响。