固体表面选择性吸附及表面活性剂分子自组装体系中的分子动力学模拟

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吸附、沉积、聚集是大自然当中存在的物理现象。微纳尺度有机发光小分子定位沉积形成的图案在众多领域有广泛的应用，因此表面图案的构筑已成为研究热点。表面活性剂由于其独特的双亲性质，在溶液中它们可以形成多种不同形状的聚集体，使得这类化合物在生产生活中有广泛的应用。采用分子模拟的方法研究这些物理现象，从分子层面上揭示这些过程发生的机理，对我们理解和应用一些新型的材料有巨大的指导意义。本论文主要工作如下：
　　（1）采用平衡分子动力学和拉伸分子动力学模拟方法研究了模板诱导有机发光小分子3(5)-(9-蒽基)吡唑(ANP)在自组装膜上的选择性沉积，并利用伞形取样方法和加权柱状图分析法计算了沉积过程的均力势。模拟中以二氧化硅为底板分别构筑两种不同密度的烷烃链自组装膜模板，即低密度的液体扩展相和高密度的液体压缩相。平衡分子动力学结果显示：ANP分子容易沉积至低密度的液体扩展相中，难以沉积至高密度的液体压缩相中。拉伸分子动力学结果表明：当ANP分子沉积至液体压缩相表面时，在进入烷烃膜时遇到较大阻力，因而不易进入到烷烃链单层膜中；而ANP分子在进入液体扩展相的过程中受到的阻力较小。通过比较这两种不同密度自组装膜与ANP分子之间的结合自由能，发现ANP分子进入液体压缩相的能垒较高，而ANP分子与液体扩展相结合更加稳定，导致有机发光小分子在不同密度的模板上具有选择吸附性。
　　（2）采用分子动力学模拟方法探讨有机盐水杨酸钠（NaSal）对表面活性剂3-十六烷氧基-2-羟丙基-三甲基溴化铵（R16HTAB)在溶液中胶束球棒形态转化的影响。模拟结果显示：在没有NaSal存在的条件下，体系中预组装好的棒状胶束不稳定，最终会断裂形成球形胶束。而随着NaSal的加入，预组装好的棒状胶束在模拟过程中虽然存在波动，但是在30 ns的分子动力学模拟中，棒状胶束依然稳定存在。Sal-离子增溶进胶束内部与表面活性剂分子之间的静电相互作用和氢键作用促进R16HTAB由球形胶束向棒形胶束转化。
　　（3）采用分子动力学模拟方法研究三种盐（水杨酸钠（NaSal）、1-萘酚-2-甲酸钠（1SHNC）、2-萘酚-3-甲酸钠（2SHNC）对表面活性剂3-十四烷氧基-2-羟丙基-三甲基溴化铵（R14HTAB）在溶液中胶束球棒形态转化的影响。模拟结果表明：加入的三种盐离子均可以维持R14HTAB棒状胶束稳定存在。利用aRDG方法研究了盐离子与表面活性剂分子之间的弱相互作用。通过观察aRDG散点图和等值面图，我们直观的观察到渗透进胶束不同位置的盐离子与表面活性剂分子之间的静电作用力、氢键、范德华力。氢键及静电作用力、范德华力的存在导致棒状胶束的剪切粘度增加从而胶束更加稳定。

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作者
张鲁格;
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作者单位

聊城大学;

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授予单位聊城大学;
学科物理化学
授予学位硕士
导师姓名魏西莲,延辉;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
自组装膜; 定位沉积; 拉伸分子动力学; 伞形取样; 表面活性剂; 分子模拟;

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