ISSN 1000-3304CN 11-1857/O6

超支化分子自组装形成纳米纤维的计算机模拟研究

朱有亮 李占伟 孙昭艳 吕中元

引用本文: 朱有亮, 李占伟, 孙昭艳, 吕中元. 超支化分子自组装形成纳米纤维的计算机模拟研究[J]. 高分子学报, 2017, (2): 351-358. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2017.16294 shu
Citation:  Zhu You-liang, Li Zhan-wei, Sun Zhao-yan and Lv Zhong-yuan. Computer Simulation Study on the Formation of Nanofibers by Hyper Branched Molecules[J]. Acta Polymerica Sinica, 2017, (2): 351-358. doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2017.16294 shu

超支化分子自组装形成纳米纤维的计算机模拟研究

    通讯作者: 吕中元, 吕中元, E-mail: luzhy@jlu.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金(基金号21534004,21404102,21474111)和吉林省科学和技术发展计划(项目号20140519004JH)资助

摘要: 利用分子动力学模拟方法,针对实验上的超支化分子建立其粗粒化模型,模拟研究了该超支化分子在水和空气的界面上形成Langmuir单分子层的过程,并分析了通过自组装形成的纤维的微观结构.该纤维是由单排超支化分子线性排列形成,超支化分子的末端碳链裸露在空气中,且处于伸展的竖起状态.调节末端支链的亲疏水性能够影响形成的自组装结构,末端支链越亲水,超支化分子越不容易形成一维纳米纤维结构.

English

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  • Figure 1.  (a) The hyper branched molecule in our simulations, the structure of which is speculated by NMR data; (b) The coarse-graining scheme of the hyper branched molecule; (c) The types of coarse-grained beads in Martini force field, shown with different colors

    Figure 2.  The initial configuration of hyper branched molecules at water-air interface Different colors represent different bead types in coarse-graining scheme

    Figure 3.  The two types (L) and (S) of angle Na-Na-Na

    Figure 4.  Pressure-area isotherms for C1 diameters

    Figure 5.  The assembled structures for the interaction between C1 and C1 at (a1) and (a2) ε=2.1 kJ/mol, (b1) and (b2) ε=1.4 kJ/mol, and (c1) and (c2) ε=1.0 kJ/mol The surface densities of (a1), (b1), and (c1) are 40 nm2 per hyper branched molecule. And the surface densities of (a2), (b2), and (c2) are 22 nm2 per hyper branched molecule

    Figure 6.  The local assembled structure at ε=1.4 kJ/mol from top view (a) and side view (b), (c)

    Figure 7.  The top view of assembled structures for the interaction between C1 and P4 at (a) ε=2.0 kJ/mol, (b) ε=2.5 kJ/mol, (c) ε=3.0 kJ/mol, (d) ε=3.5 kJ/mol, and (e) ε=4.0 kJ/mol

    Figure 8.  The side view of assembled structures for the interaction between C1and P4 at (a) ε=2.0 kJ/mol, (b) ε=2.5 kJ/mol, (c) ε=3.0 kJ/mol, (d) ε=3.5 kJ/mol, and (e) ε=4.0 kJ/mol

    Table 1.  The parameters of pair interactions

    N0 Na C1 Nd P4
    N0
    Na
    C1
    Nd
    P4
    Ⅰ, ε=5.0 kJ/mol; Ⅱ, ε=4.5 kJ/mol; Ⅲ, ε=4.0 kJ/mol; Ⅳ, ε=3.5 kJ/mol; Ⅵ, ε=2.7 kJ/mol; Ⅷ, ε=2.0 kJ/mol
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    Table 2.  The parameters of bond stretching interactions

    Bonds Length (nm) Kbond(kJ mol-1 nm-2)
    N0-N0 0.47 1250
    N0-Na 0.47 1250
    Na-Na 0.47 1250
    Na-C1 0.47 1250
    C1-C1 0.47 1250
    C1-Nd 0.47 1250
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    Table 3.  The parameters of angle bending interactions

    Angles Angle (°) Kangle(kJ mol-1)
    N0-N0-N0 109.466 25
    N0-N0-Na 180 25
    N0-Na-Na 150 25
    Na-Na-Na(L) 150 25
    Na-Na-Na(S) 60 25
    Na-C1-C1 180 25
    C1-C1-C1 180 25
    Na-C1-Nd 180 25
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  • 通讯作者:  吕中元, luzhy@jlu.edu.cn
  • 收稿日期:  2016-09-21
  • 修稿日期:  2016-10-29
  • 刊出日期:  2017-02-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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