醉染图书高分子多尺度理论模拟方法及应用9787154

章量子化学计算方法原理及在高分子科学研究领域中的应用001

1.1量子化学计算方法基本原理002

1.1.1量子化学计算方法简介002

1.1.2常用量子化学计算方法原理005

1.2量子化学计算方法在高分子科学研究领域中的应用014

1.2.1高分子催化反应机理研究014

1.2.2功能高分子材料光学质研究020

1..纤维素体系分子间相互作用研究038

1.3总结与展望044

参考文献045



第2章分子模拟原理及在烯烃聚合催化研究中的应用049

2.1分子力学方法简介050

2.1.1基本原理050

2.1.2分子力场051

2.1.3计算势能面的能量极小点055

2.2分子动力学方法056

2.2.1分子动力学方法的基本原理057

2.2.2分子动态的数值算法058

2..MD的抽样统计与宏观质计算059

2.2.4统计系综的实现060

.电荷平衡法063

..1原子能量的电荷依赖064

..2静电平衡065

..交叠校正066

..4Eq计算结果和实验值的比较066

2.4构象分析067

2.5分子模拟方法在烯烃聚合催化研究中的应用068

2.5.1分子模拟应用综述068

2.5.2于属原子净电荷关联法对催化活的研究070

参考文献090



第3章分子动力学模拟方法在高分子溶剂化研究中的应用095

3.1分子力场发展史与平衡时间096

3.1.1分子力场发展史096

3.1.2平衡时间098

3.2溶剂化研究背景102

3.2.1溶剂化研究的重要102

3.2.2溶剂化研究的问题104

3.3高分子溶剂化的相互作用结构105

3.3.1模型与模拟方法106

3.3.2联苯分子的溶剂化结构107

3.3.3高分子溶质的溶剂化结构110

3.3.4高分子溶剂化的机理112

3.3.5小结114

3.4总结与展望114

参考文献114



第4章分子动力学模拟方法在高分子胶体粒子传输质研究中的应用117

4.1纳米粒子输运质的研究现状118

4.2纳米粒子表面电荷分布对其输运质的影响119

4.3纳米粒子与离子相互作用对其输运质的影响1

4.4纳米粒子表面嫁接不同高分子链时的输运质132

4.5总结与展望142

参考文献143



第5章非平衡分子动力学模拟方法原理及在高分子材料缠结动力学和流变质研究中的应用149

5.1经典非平衡分子动力学模拟原理151

5.1.1非平衡分子动力学模拟理论基础151

5.1.2非平衡分子动力学模拟技术157

5.2高分子动力学理论169

5.2.1Rouse模型169

5.2.2Reptation模型175

5..高分子动力学理论的近期新进展177

5.3高分子缠结动力学研究180

5.3.1普适粗粒化模型180

5.3.2原子模型181

5.4高分子流变学质研究183

5.4.1普适粗粒化模型183

5.4.2原子模型184

参考文献185



第6章系统粗粒化方法的原理、进展及在高分子体系结构质研究中的应用191

6.1系统粗粒化方法的原理192

6.2系统粗粒化方法的进展194

6.3系统粗粒化方法在研究聚丁二烯（PB）体系中的应用197

6.3.1PB粗粒化模型构建及模拟细节198

6.3.2粗粒化模型的温度迁移和代表202

6.3.3小结218

6.4Lennard-Jones非键作用势对聚苯乙烯粗粒化力场迁移的影响219

6.4.1聚苯乙烯（PS）粗粒化模型的构建及模拟细节221

6.4.2Lennard-Jones势对粗粒化力场迁移的影响226

6.4.3小结0

6.5构建热力学与结构自洽的聚苯乙烯粗粒化模型1

6.5.1粗粒化力场优化与模拟细节

6.5.2粗粒化力场温度迁移及代表4

6.5.3小结

6.6总结与展望

参考文献240



第7章（Monte Carlo）方法的原理、进展及在高分子共混体系相变与界面质研究中的应用247

7.1高分子链构象的抽样方法原理与进展248

7.1.1方法的基本思想及统计理论基础249

7.1.2高分子物理中的链松弛算法249

7.1.3高分子链的抽样方法252

7.2共聚物的梯度组成对三元对称型高分子共混体系相转变的影响254

7.2.1三元高分子共混体系的研究背景254

7.2.2模型与方法256

7..共聚物的梯度组成对高分子共混体系相行为的影响257

7.2.4小结261

7.3三元对称型共混体系的界面质和分子构象261

7.3.1共聚物组成梯度的影响263

7.3.2均聚物与共聚物分子的链长度比值α的影响264

7.3.3分离强度的影响265

7.3.4均聚物与共聚物链节间相互作用的影响266

7.3.5小结267

7.4界面共聚物链长和梯度组成的多分散对界面质的影响268

7.4.1界面上单分子饱和投影面积268

7.4.2饱和界面单层膜的弯曲模量270

7.4.3双分散链长所产生更小的共聚物界面平均占有面积的原因分析271

7.4.4双分散梯度宽度的共聚物所拥有的较高界面占有面积值的原因分析272

7.4.5小结275

7.5总结与展望275

参考文献276



第8章耗散粒子动力学（DPD）模拟方法的原理与进展279

8.1耗散粒子动力学模拟方法简介280

8.1.1耗散粒子动力学模拟方法的提出280

8.1.2耗散粒子动力学模拟方法的发展概述281

8.2耗散粒子动力学模拟方法的基本原理283

8.2.1耗散粒子动力学模拟方法中的耗散-涨落定理推导283

8.2.2耗散粒子动力学（DPD）粒子运动方程及各种力的表达286

8..数值积分算法288

8.2.4耗散粒子动力学模拟体系中参数的选择292

8.2.5DPD模型模拟高分子体系的粗粒化与映296

8.3耗散粒子动力学模拟与静电相互作用的耦合方法297

8.4耗散粒子动力学模拟方法应用的优、缺点分析300

8.5耗散粒子动力学热浴在非球形模型中的扩展302

8.5.1DPD平动热浴（T-DPD热浴）302

8.5.2DPD转动热浴（R-DPD热浴）303

8.5.3DPD热浴在GB体系平衡态模拟中的应用303

8.5.4不同热浴在GB体系非平衡态模拟中的比较306

8.6耗散粒子动力学模拟GPU化309

8.6.1邻近表建立310

8.6.2非键力计算311

8.6.3键接力计算312

8.6.4大尺度模拟算法312

8.6.5小结314

8.7总结与展望315

参考文献316



第9章耗散粒子动力学模拟研究多组分高分子材料相结构和相动力学321

9.1高分子三元共混体系相行为及相转变与界面质322

9.1.1高分子共混体系的相行为322

9.1.2高分子共混体系相转变与界面质330

9.2添加纳米粒子的高分子共混体系相行为和分相动力学340

9.2.1纳米球表面质对不相容高分子共混体系相分离动力学的影响341

9.2.2Janus纳米粒子的形状和分界面设计对高分子共混体系相行为和相分离动力学的影响347

9..纳米棒表面质对静态及剪切场下高分子共混体系增容行为和相结构的影响357

9.3总结与展望369

参考文献369



0章耗散粒子动力学模拟研究双亲分子及复杂高分子体系组装行为375

10.1耗散粒子动力学模拟研究T形及燕尾形三组分双亲分子相行为376

10.1.1T形三组分双亲分子的相行为 378

10.1.2π形/燕尾形三组分双亲分子的相行为394

10.2耗散粒子动力学模拟物膜体系401

10.2.1生物膜的相行为402

10.2.2生物膜的膜融动力学405

10.3耗散粒子动力学模拟研究高分子复合Janus纳米材料410

10.3.1研究背景410

10.3.2环境响应Janus纳米片形变的耗散粒子动力学研究411

10.4总结与展望415

参考文献416



1章耗散粒子动力学模拟研究半刚分子的本体热致液晶相变和界面锚定取向行为421

11.1半刚棒状分子的本体热致液晶相变422

11.1.1热致液晶模拟的研究现状422

11.1.2棒状液晶分子的模型构建及模拟细节4

11.1.3刚棒状液晶分子的热致液晶相变425

11.1.4半刚棒状液晶分子的热致液晶相变430

11.1.5分子柔对热致液晶相变和动力学行为的影响432

11.1.6小结433

11.2棒状液晶分子在水-液晶界面上锚定取向行为434

11.2.1研究现状与应用434

11.2.2模型构建与模拟设置436

11..双亲分子的刚嵌段与液晶分子间的相互作用对锚定行为的影响438

11.2.4温度对锚定行为的影响444

11.2.5小结450

参考文献450



2章耗散粒子动力学模拟研究磺化聚酰亚胺质子交换膜455

12.1磺化聚酰亚胺质子交换膜的研究现状简述456

12.2磺化聚酰亚胺质子交换膜体系的模型构建和模拟细节459

1.序列分布对磺化聚酰亚胺质子交换膜形貌和能的影响461

1..1相态结构462

1..2质子传导率467

1..膜尺寸稳定46

1..4膜的力学质470

12.4总结与展望471

参考文献472



3章耗散粒子动力学模拟研究熔体静电纺丝477

13.1静电纺丝计算机模拟研究现状478

13.2熔体静电纺丝耗散粒子动力学模拟体系482

13.3纺丝纤维下落速度483

13.3.1电场力对纺丝纤维下落速度的影响483

13.3.2高分子熔体黏度对纺丝纤维下落速度的影响484

13.3.3高分子链长对纺丝纤维下落的影响485

13.4下落过程中纤维微观结构487

13.4.1下落过程中纺丝纤维不同阶段的速度变化487

13.4.2熔体黏度与不同阶段的纤维下落速度的关系488

13.4.3下落过程中弹簧系数对纤维中分子链的均方末端距的影响488

13.5总结与展望489

参考文献490



4章相场方法的原理、进展及在多组分多相高分子体系研究中的应用493

14.1相场方法原理494

14.1.1固溶体模型497

14.1.2流体模型498

14.1.3双流模型498

14.2相场方法研究进展501

14.2.1旋节相分离初期的线理论研究501

14.2.2旋节相分离后期的标度理论研究502

14..计算机模拟研究503

14.3GPU加速相场方法的数值模拟504

14.3.1GPU加速的算法实现504

14.3.2GPU加速的验506

14.3.3小结508

14.4高分子共混物的分相研究509

14.4.1高分子共混物的黏弹相分离509

14.4.2剪切场下高分子材料分相研究513

14.5总结与展望517

参考文献517



索引521

无

本书针对高分子时空多尺度的特点，介绍了当前研究高分子材料的各尺度上模拟计算方法（如在亚原子尺度上量化计算、在微观尺度上分子动力学和Monte Carlo模拟、介观尺度上耗散粒子动力学方法和相场方法）及其进展，并列举了笔者课题组应用这些模拟方法在高分子材料结构、能和物理机制原创研究中的实例。