分子动力学模拟研究线型聚乙烯链在强电场中的取向行为
聚乙烯醇相变过程中的结构和物理性质的分子动力学模拟
聚乙烯醇相变过程中的结构和物理性质的分子动力学模拟关稳稳;王金剑;朱小蕾;周洲【摘要】基于分子动力学模拟研究聚乙烯醇(PVA)在加热和冷却过程中的结构特征和物理性质,获得了聚乙烯醇的一些重要的热力学和动力学数据.通过分析体系的键长分布、键角分布、二面角分布及全局取向有序参数考察聚乙烯醇的结构特征.结果表明:聚乙烯醇的聚合度与玻璃化转变温度(Tg)的关系与Ellis关系式吻合较好.在给定温度下,体系链越长,分子迁移率越小,黏度越大.另外,温度在Tg以上黏度值基本保持常数,而温度在Tg以下,无定形体系的黏度值是随着温度的升高而降低的,该结果与预测结果一致.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】6页(P115-120)【关键词】聚乙烯醇;无定形;分子动力学模拟;玻璃化转变温度【作者】关稳稳;王金剑;朱小蕾;周洲【作者单位】南京工业大学化学化工学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学化学化工学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学化学化工学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009;南京工业大学化学化工学院材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009【正文语种】中文【中图分类】O642.3聚乙烯醇(PVA)是一种有机可溶性高分子化合物,具有韧性强、平滑性和渗透性好等特点,因而被广泛应用于生产涂料、粘合剂、纤维浆料、纸品加工剂、乳化剂、分散剂和薄膜等产品,大量的科学研究都集中在聚乙烯醇的合成和实验表征方面。
然而,关于聚乙烯醇的理论研究却很少报道。
近几年,组合化学和高通量筛选技术的快速发展加速了新药的发展和较好生物活性的新药的发现。
然而,获得的新药常常难溶于水,这导致了较低的药物活性和较低生物利用率。
如何改善难溶性药物的溶解度、稳定性和生物利用率是亟待解决的问题。
50多年前,Sekiguchi等[1]提出和建立了固体分散技术,可以改善药物稳定性、溶解度和生物利用率。
PS／PE-g-MAH及PS／PE相容性评价的分子动力学模拟
工 程 塑 料 应 用ENGINEERING PLASTICS APPLICATION第45卷，第4期2017年4月V ol.45，No.4Apr. 201769doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2017.04.014PS ／PE-g-MAH 及PS ／PE 相容性评价的分子动力学模拟*李彦周1，2，张鹏1，2，吴飞1，2，杨帆1，2，陈占春1，2(1.太原理工大学机械工程学院，太原 030024； 2.太原理工大学煤矿综采装备山西省重点实验室，太原 030024)摘要：采用分子动力学(MD)模拟方法对比研究了聚乙烯(PE)与聚苯乙烯(PS)共混体系和力化学反应法马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)与PS 共混体系的相容性。
通过对MD 模拟得到的溶解度参数、玻璃化转变温度、径向分布函数和均方末端距的分析，对两种共混物的相容情况进行评价。
研究表明，PS ／PE 体系的共混相容情况不好，而PS ／PE-g-MAH 体系相对于PS ／PE 体系，相容性得到明显改善。
模拟结论与实验结果相一致。
关键词：分子动力学；共混物；相容性中图分类号：TQ32 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2017)04-0069-05Molecular Dynamics Simulation of Miscibility Evaluation of PS ／PE-g-MAH and PS ／PELi Yanzhou 1， 2， Zhang Peng 1， 2， Wu Fei 1， 2， Yang Fan 1， 2， Chen Zhanchun 1，2(1. School of Machinary Engineering ， Taiyuan University of Technology ， Taiyuan 030024，China ；2. Shanxi Key Laboratory of Fully Mechanized Coal Mining Equipment ， Taiyuan University of Technology ， Taiyuan 030024，China)Abstract ：The miscibility of binary polystyrene (PS)／polyethylene (PE) blends and PS ／polyethylene grafted maleic anhydride (PE-g-MAH) by force chemical reaction blends were investigated with molecular dynamics simulation (MD). The solubility parameters ，glass transition temperature ，radial distribution function (RDF) and the mean square end distance (MSD) in the blends were analyzed. The results suggested that the miscibility of PS ／PE-g-MAH blends were more miscible. The simulation results are in agreement with the experimental results.Keywords ：molecular dynamics ；blends ；miscibility聚苯乙烯(PS)与聚乙烯(PE)在通用塑料中均有重要的地位。
聚合物材料的动力学研究与模拟
聚合物材料的动力学研究与模拟聚合物材料是一类由大量重复单元组成的高分子化合物，具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、纤维等。
了解聚合物材料的动力学行为对于材料设计和工程应用至关重要。
因此，动力学研究和模拟成为了聚合物材料研究中的重要方面。
一、聚合物材料的分子运动聚合物材料的分子运动对其性能和行为具有重要影响。
动力学研究是通过观察和分析分子在时间和空间尺度上的运动来揭示这些材料的行为规律。
一种常用的方法是使用激光光散射技术，通过测量光的散射角度和强度来研究分子的动力学行为。
二、聚合物链的动力学行为聚合物材料中的聚合物链是由许多重复单元组成的，对于了解聚合物材料的动力学行为至关重要。
研究聚合物链的动力学行为可以揭示聚合物的构象转变、运动机制和力学性质。
动力学模拟是一种重要的研究方法，通过计算机模拟和分子动力学仿真，可以模拟聚合物链的运动轨迹和力学响应。
三、聚合物材料的自由体积自由体积是指聚合物材料内部无法被其他分子占据的空间。
聚合物材料的自由体积对于其物理性质和运动行为具有重要影响。
通过动力学研究和模拟，可以了解聚合物材料中不同分子间的自由体积分布和对流动的贡献，从而优化材料的性能。
四、聚合物材料的玻璃态转变聚合物材料在温度下发生由玻璃态到熔融态的转变，对于了解聚合物的结构和行为具有重要意义。
玻璃态转变是聚合物材料动力学研究的一个重要方向。
通过研究聚合物材料在不同温度下的玻璃态转变行为，可以揭示聚合物材料的结构演化和运动机制。
五、聚合物材料的力学性质聚合物材料的力学性质是指材料在外部作用下的变形和应力响应。
了解聚合物材料的力学性质对其工程应用具有重要意义。
动力学模拟是一种重要的研究方法，可以通过模拟聚合物链的运动和相互作用来预测材料的力学性质，为材料设计和工程应用提供指导。
六、聚合物材料的生物应用聚合物材料在生物领域有着广泛的应用，如医学支架、药物释放系统等。
了解聚合物材料在生物环境下的动力学行为对于提高材料的生物相容性和性能至关重要。
电场中离子与电子输运的分子动力学模拟研究
电场中离子与电子输运的分子动力学模拟研究在科学研究中，分子动力学模拟技术已经成为了一种非常重要的工具。
这种模拟技术可以用于对分子之间的相互作用和运动进行研究，尤其是在高能场和强电场中，分子动力学模拟技术也具有非常重要的应用价值。
近年来，利用分子动力学模拟技术对电场中离子和电子的输运现象进行研究，已经成为了一个非常热门的领域。
这个领域的研究对于理解电场中离子和电子输运、改善电子学器件的性能等方面都有非常重要的意义。
电场中离子和电子之间的相互作用是非常复杂的，这就需要运用分子动力学模拟技术来进行研究。
在这种模拟中，研究人员需要考虑离子和电子之间的相互作用、离子和电子在电场中的运动轨迹、以及离子和电子与其他分子之间的相互作用等。
在分子动力学模拟中，研究人员需要利用计算方法来模拟离子和电子在电场中的运动状态。
通过计算机软件模拟离子和电子之间的相互作用，可以得到离子和电子在电场中的运动轨迹和相互作用情况。
这些模拟结果可以提供非常有价值的信息，对于理解电子学器件的性能提供了非常重要的参考。
在分子动力学模拟中，研究人员需要考虑不同的参数如离子游离度、离子和电子的电荷、电场的强度等等。
这些参数的变化会直接影响到离子和电子之间的相互作用，从而影响到他们在电场中的运动状态。
通过分子动力学模拟，可以深入研究离子和电子在电场中的输运行为。
这种研究可以提供非常重要的信息，可以指导电子学器件的设计和优化。
尤其是在微型电子器件的设计中，离子和电子输运的研究更加突出其重要性。
在以后的研究中，分子动力学模拟技术必将会得到更加广泛和深入的应用。
离子和电子输运的研究可以为利用电子学器件进行更高效能的计算、控制和信息处理提供更为可靠的理论依据。
总之，分子动力学模拟技术已经成为了解决电子学器件设计和优化中离子和电子输运问题的非常重要的研究方向。
通过这种模拟技术，可以深入研究电场中离子和电子之间的相互作用，可以为电子学器件的设计和优化提供非常重要的参考依据。
聚乙烯链在碳纳米管侧壁吸附的动力学模拟研究
的石 墨卷曲起来 ， 两边 相接形成 纳米级 管状结 构的 Ｃ Ｔ Ｎ ．由于这 种 曲面内的共轭 结构 ， Ｃ Ｔ拥有 良 使 Ｎ 好 的机 械性能 和电学性能 ，因此 广泛应 用于材料 “Ｊ 光 电器件 及气体 存储 等领 域．至今 ， Ｎ 、 ＣＴ 最主要 的应用 是 被 作 为 添 加 剂 与 高 分 子 形 成 复 合 物 材 料 ，近 年 来 对 这 类 材 料 已有 大 量 的研 究 报
此用 理论模拟 的方法 在原子 的层面上 对这类 复合材料 进行研究 就显得 尤为重要 Ｊ ．
研究结果 表 明 ， Ｎ Ｃ Ｔ分 为金 属管 、 半金 属管和 半 导体 管 ，其 电学性 质有 很 大差 别 ｊ ．我们 曾对 金
属 管 Ｃ Ｔ ５， ） Ｎ （ ５ 和聚 乙烯 （ Ｅ） 的体系进行 了研 究 ¨ Ｐ 链 ．本文采 用 经典动 力学 模拟 的方 法分 别对 半金
的动力学模 拟．模 拟 的时间步长 为 １ｐ／ｔ ， ｓｓ ｐ 热浴 采用 Ａ ｄｒ ｎ 法 ¨ 热 浴的松 弛时 间为 ０ １ｐ． ｅ ｎｅｓ 方 ｅ ， ． ｓ
收 稿 日期 ： ０ ８ ９ １． ２０ － ．０ ０
基金项 目：国家自然科学基金（ 批准号 ： ０ ３ ０ ０ ２ ３３０ 资助． ２ ３３ ５ ， ０ ０ ０７） 联系人简介 ： 李泽生 ， ， 男 博士 ， 教授 ， 博士生导师，主要从 事理论化学基础理论及应用研究．Ｅ ｍ ｉ： ｅｈｎｌ ａ ．ｈ．ｄ ．ｎ － ａ ｚｓｅｇｉ ｉ ｊ ｅ ｕ ｃ ｌ ＠ｍ ｌ
了研究．计算了两者之间的扩散系数和相互作用能 ； 用 Ｐ 利 Ｅ链 自身 的扭转 角分布和取向参数对 Ｐ Ｅ链构象 进行了分析．结果表 明， Ｅ链可 以在 Ｃ Ｔ上很好的吸附 ， Ｐ Ｐ Ｎ 且 Ｅ的构象 和吸附位 置主要 与温度和 Ｃ Ｔ的半 Ｎ 径有关 ， 与管的类型关系不大． 关键词 碳纳米管 ； 乙烯 ； 聚 吸附 ； 动力学模 拟
聚乙烯的动态流变行为分析
加工设备与应用CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2018， 35（4）： 75聚乙烯（PE）是树脂中分子结构最简单的一种，其原料来源丰富，价格低廉，具有质量轻、无毒、耐化学药品腐蚀、电绝缘以及耐低温等优点，并且品种较多，易于加工成型，可满足不同的性能要求，是目前产量最大的树脂，广泛应用于电器工业、化学工业、食品工业、机器制造业、农业等。
本工作主要研究了动态流变在PE结构分析中的应用。
1 动态流变性能测试与静态流变性能测试聚合物流变性能测试方法按施力方式不同，可分为稳态流变测试和动态流变测试。
稳态流变又叫静态流变，是在一定应力或应变条件下的稳态剪切流的测试方法；动态流变是在周期应力或应变条件下的振荡剪切流的测试方法。
静态流变测试与动态流变测试的差异包括：1）在静态流变测试下，连续形变常会造成高分子，特别是多组分高分子形态结构的变化甚至破坏，而动态流变测试方法通常在小应变条件下测量，测试过程对材料本身结构影响很小。
2）动态流变性能主要反映熔体的变形能力，而静态流变性能主要反映熔体的流动能力。
3）高分子材料呈聚乙烯的动态流变行为分析高凌雁，王群涛，郭 锐，王日辉，许 平，石 晶（中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司研究院，山东省淄博市 255400）摘要：采用动态流变测试研究了角频率、黏度、储能模量、损耗模量、损耗因子等的变化规律，并讨论了它们与聚乙烯分子结构的关系。
结果表明：交点模量（G x）对应的频率越低，聚乙烯的重均分子量越大；G x的纵向位置越低，聚乙烯的相对分子质量分布越宽；宽分布可以使聚乙烯剪切变稀行为更加明显，但不能排除长支链的影响；通过动态黏度-虚数黏度曲线和损耗因子随角频率的变化可以判断树脂结构中是否含有长支链。
关键词：聚乙烯 动态流变 相对分子质量 相对分子质量分布 长支链中图分类号：TQ 325.1+2文献标识码：B 文章编号：1002-1396（2018）04-0075-04Analysis of dynamic rheology behavior of PEGao Lingyan，Wang Quntao，Guo Rui，Wang Rihui，Xu Ping，Shi Jing（Research Institute of Qilu Branch Co.，SINOPEC，Zibo 255400，China）Abstract：Dynamic rheological tests were conducted to investigate the laws of the angular frequency，viscosity，storage modulus，loss modulus，and loss factors，whose function with the molecular structure of polyethyelene were discussed as well. The results show that the lower the frequency corresponding to module of intersection（G x） is，the larger the weight average molecular weight of PE is. The lower the longitudinal position of G x is，the wider the molecular mass distribution of the resin is. Wide distribution can make the resin shear thinning behavior more obvious，but it fails to eliminate the effect of long chain branching. The long-chain branching can be judged by the changes of dynamic viscosity-imaginary viscosity curve and loss factor as a function of angular frequency.Keywords：polyethylene；dynamic rheology；relative molecular mass；relative molecular mass distribution； long-chain branching收稿日期：2018-01-27；修回日期：2018-04-26。
聚合物材料的分子动力学模拟
聚合物材料的分子动力学模拟一、聚合物材料概述聚合物材料是指由多种单体分子通过聚合反应生成的高分子化合物，具有独特的性质和广泛的应用领域，如塑料、纤维、橡胶、涂料等。
传统的聚合物研究主要侧重于材料的合成和性能表征，而现代的分子动力学模拟提供了一种研究聚合物结构、运动和性质的有效工具。
二、分子动力学模拟的基本原理分子动力学模拟是一种计算机仿真方法，通过在计算机上求解牛顿运动方程，模拟分子在特定环境下的运动和相互作用。
其中，分子的力场、动力学算法和模拟温度是模拟结果的关键因素。
在聚合物体系中，分子间吸引作用和斥力作用对于材料的性能有重要的影响，因此需要综合考虑纠正距离的范数作为分子间的相互作用势能以及吸引作用和斥力作用对力场的贡献。
同时，聚合物分子中的孤对电子和偶极矩等极化效应需要通过电势贡献的额外考虑。
动力学算法决定了在分子间作用下物体的运动模式和信息素的采样率，聚合物的运动轨迹和分子的碰撞模式都是力场和动力学算法共同决定的。
温度控制是模拟的第三个重要因素，更高的温度会加剧分子的运动性和相互作用，而更低的温度则会显著减缓模拟结果。
三、聚合物材料的分子动力学模拟研究1. 高分子聚合反应机理的模拟通过分子动力学模拟，可以模拟高分子聚合反应的机理和过程，如聚合机理、聚合反应速率、分子量分布、掺杂等。
例如，Wilkinson等通过分子动力学模拟，研究了丙烯酸甲酯的自由基聚合反应，确定了反应中自由基的化学计量比和反应速率等关键参数，为理解和控制高分子的合成过程提供了新的途径。
2. 聚合物材料的表面和界面性质模拟分子动力学模拟还可以研究材料的表面和界面性质，如表面张力、接触角、界面热、光学等。
例如，Kuo等通过分子动力学模拟，确定了聚焦乙烯/聚苯乙烯复合材料的相互作用性质、界面能和相分离性质，为理解该材料的物理和化学性质提供了理论依据。
3. 聚合物材料的力学性质模拟使用分子动力学模拟，可以计算和预测聚合物材料的力学性质，如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
聚合动力学的主要研究内容是
聚合动力学的主要研究内容是
聚合动力学是研究高分子在溶液中和相互作用时的一种动力学过程的学科领域。
它主要关注的是高分子的构象和结构随时间的演变，以及高分子溶液中的聚合物形态的动力学行为。
通过研究聚合动力学，可以更深入地了解高分子分子链的运动和扩散过程，为设计和控制高分子材料的性能提供理论基础。
首先，聚合动力学的研究内容包括高分子聚合物在不同溶剂中的溶解行为。
高分子在溶液中的聚合动态过程包括聚合物链的构象转变、扩散运动和聚合物与溶剂之间相互作用等。
研究聚合物在不同溶剂系统中的动力学行为可以揭示高分子分子链的运动方式和运动速率，为高分子材料的设计和加工提供基础。
其次，聚合动力学还研究了高分子在溶液中的相互作用和自组装行为。
高分子在溶液中会发生聚合物链的相互作用，形成不同形态和结构的聚合物聚集体，如微胶束、胶体颗粒等。
通过研究高分子的自组装动力学，可以揭示高分子自组装的机理和动力学过程，为高分子材料的功能性设计提供参考依据。
此外，聚合动力学研究也包括高分子在流体流动条件下的行为。
高分子在流体中的运动和扩散过程受到流体流动场的影响，会发生聚合物链的拉伸、断裂和聚合物溶液中的混合过程。
研究高分子在流体流动条件下的动力学行为可以揭示高分子在复杂流动环境中的运动特性，为高分子材料在实际工程应用中的设计和改进提供指导。
总的来说，聚合动力学作为高分子科学的一个重要分支，通过研究高分子在溶液中和相互作用时的动力学过程，可以深入理解高分子的结构与性质之间的联系，为高分子材料的设计、合成和性能调控提供理论支持，对推动高分子材料领域的发展具有重要意义。
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在 这些方法 中 ， 可被 应用 到高分 子体 系且计 算结 果准 确度 和 Ｃ Ｕ时 问平衡性 较好 的是 Ｑ ｑ方 法． Ｐ Ｅ 本文通 过 ＭＤ模 拟对 非极性 高分 子线 型 聚 乙烯 （ Ｅ） 电场 中 的取 向行 为进 行 研 究 ，旨在 认 识其 Ｐ 在
１ ２ 模拟 方法 ．
１２ １ 真 空 中 Ｐ ． ． Ｅ单链 电荷 分布 的计 算和取 向过程 的 ＭＤ模 拟 首先 将 长度 为 １０个 Ｃ 的全 原子 ５ Ｈ
收 稿 日期 ： ０ ００ —２ ２ １－３ １． 基 金 项 目 ：国家 自然科 学 基 金 （ 准 号 ： ０ ７ １７ 资 助 ． 批 ２８ ４ ０ ）
分子链上 电荷分布 的不均匀性．
关键 词 电荷 平 衡 法 ；聚 乙烯 ；电 场 ； 向 取 中 图分 类 号 ０ ３ ． ６ １２ ３ 文献标识码 Ａ 文章编号 ０ ５ － ９ （０ １０ －１００ ２ １ ７ ０ ２ １ ） １ ８ —５ ０ ０
处 于 电场 中的分 子受 到静 电力 的作用 ， 发生物 理性 质 的变化 ．高 分子 在受 到静 电场 或交 变 电场 会 作 用 时 ， 力学性 质 Ｉ、电学性 质 其 ２ Ｊ 物 、 浓度 分布 及 取 向结构 等均会 发生 改变 ．目前对 高分 子在 电 场 中取 向行 为 的 研 究 工 作 很 多 ，但 大 部 分 偏 重 于 极 性 高 分 子 ， ｍ 、液 晶 高 分 子 卜 及 嵌 段 共 聚 Ｊ Ｊ 而对 非极性 高分 子 涉及 不多 ．也 有部 分理论 工作 对理想 化 的柔 性 链在 电场 中取 向进 行 ，
可 能 的微观 机理 ， 而为 了解实 验 中发现 的支化 Ｐ 从 Ｅ链 的取 向行 为 提供帮 助 ．
１ 模 拟 方 法
１ １ ＱＥ ． ｑ电荷 分布计 算 方法
电荷平 衡法 是一种 实验性 的近似方 法 ， 要 的数据 是原 子 的离 子化 势 、电子亲 和势 、原子 半径 需 及原 子相对 位置 ．因而 Ｑ ｑ方法得 到 的 电荷 可反 映分子 环境 的变化 ．分 子 中原 子 的 电荷 分布 随分 子 构 Ｅ 象 的变化而 变化 ， Ｑ ｑ方法 有别 于 Ｇ ｓ ｉｅ 方法 的优点 之一 ．Ｑ ｑ方法 的原 理可参 见文献 ［７ ． 是 Ｅ ａｔｇｒ ｅ Ｅ ２］
ｔｐ ：（ ／ ｓ Ａ）０ Ｂ ０；（ ；（ ）１ Ｃ）２ ０；（ Ｄ）８ ． ０
００ ４
ＯＯ ２
００ ４ ＯＯ ２ ０
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吞 ｏ２ ． ０
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一
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在获得 长度 为 １０个 Ｃ ：的 Ｐ ５ Ｈ Ｅ塌缩 线球 的 电荷分 布后 ，可采 用该 电荷分 布 进行 有外 电场存 在 的 ＭＤ模 拟 ．图 ３给出 了一个 Ｐ Ｅ单链 链球 采用 Ｑ ｑ方法计 算 电荷分 布后在 电场 中 的取 向过 程．模 拟 的链 Ｅ 长为 １０个 主链 ｃ原子 ，温度 为 ４０Ｋ，电场 强度 为 ５Ｖ ｎ ５ ５ ／ ｍ．由图 ３可见 ，随着模 拟 的进行 ，Ｐ Ｅ单链 逐渐 从链球 伸展 开 ， 最终形 成具 有取 向的较为 伸直 的链 结构 ．在此 过程 中 ， 的两 端基 在 沿 着 电场 反 链
布 ， 一点 显著 地 优 于 Ｇ ｓ ｉｅ 方法 ， 且 由于计算 量相 对 ａ ｎ ｉ 法 要小 得 多 ，因此 可 被用 于 这 ａｔ ｇｒ ｅ 并 ｂｉｉｏ方 ｔ
（ Ａ） （ Ｂ）
‘ 藏 ‰ 够
Ｆｉ １ Ｄｉｆ ｒ ｎｔｃ ｎｆ ｍ ａ ｉ ｆｔ ｇ． ｆｅ ｅ ｏ ｏｒ ｔｏｎｓ ｏ ｈｅ ＰＥ ｉ ｅ ｃ ｉ ｓ ｔ ｍ ｎ ｏｕ ｏ ｅ ｓｎｇｌ ｈａ ｎ ｙｓｅ ｉ ｆ ｒ ｍ ｍ ｎ￣
Ｖ０ ． ２ １３ ２ １ 年 １月 ０１
高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＣＨＩ Ｓ ＮＥ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳＴＩ Ｉ ＥＳ
Ｎｏ １ ．
１ ０ ～１ ４ ８ ８
分 子 动 力 学 模 拟 研 究 线 型 聚 乙 烯 链 在 强 电 场 中 的 取 向行 为
余 翔 韩 ， 铭 ，杨小震
（ ．北京分子科学 国家 实验室 ，高分子物理 与化学 国家重点实验室 ，中国科学 院化学研究所 ， １ 北京 １０ ９ ； ０ １０ ２ ．密歇根理工 大学物理 系， 顿 ４ ９ １ 霍 ９３ ）
摘要 将 电荷 平 衡 （ Ｅ ） 法 应 用 于 线 型 聚 乙 烯 链 （ Ｅ） 电荷 分 布 计 算 ，发 现 非 极 性 高 分 子 Ｐ Ｑ ｑ方 Ｐ 的 Ｅ链 上 电 荷
—
００ ．４
０ ４ ０ ６
００ ４ｇ ２ Ｃ ｌ ｌｔｄ ｃ ａ ｇ ｉ ｒｂ ｔ ｎ ｏ ｅＰ ｉｇｅｃ ａｎ ｓ ｓ ｍ ｙ ｔ ｅＱＥ ｔ ｏ ｉ ． ａｃ ａｅ ｈ ｒ ｅｄｓ ｉ ｕｉ ｆ ｈ Ｅ ｓ ｌ ｈ ｉ ｙ ｔ ｂ ｑ ｍｅｈ ｄ ｕ ｔ ｏ ｔ ｎ ｅ ｈ
合方法为 Ｎ ｓ． ｏｅ算法 ， ｏ ｈ ｖｒ ｅｏ 耦合问隔时问为 ０ ５ｐ ， ． ｓ 压力耦合方法为 Ｐｒｎｌ ．ａｍ ｎ算法 ， ａ ｉ ｌ Ｒｈ ａ ｒ ｅｏ 耦合间 隔时 间为 ４ ０ｐ．范 德华 力计 算 的截 断半 径为 ０９ｎ 静 电力计 算 的截 断半 径 为 １２ｎ ． ｓ ． ｍ， ． ｍ．
联系人 简介 ：杨小震 ， ， 男 博士 ，研究员 ， 博士生导师 ， 主要从事高分子计算机模拟的研究．Ｅ ｍ ｉ ｙｎｘ ｃａ．ｃｃ － ａｌ ａｇ＠ｉｃｓａ ．ｎ ：
余
翔等： 分子动 力学模 拟研 究线型聚 乙烯链在 强电场 中的取 向行为
１１ ８
Ｐ Ｅ链 ， ＭＤ模 拟其从 全 反式 伸直 链 塌缩 至小 球 的过程 ．然 后 从 ＭＤ轨迹 中取 出若 干 时刻 不 同构 象 的 用 分 子链 ， Ｑ ｑ方法 计算 其 电荷 分布 ．以最 终 的塌缩 链 球作 为起 始结 构 ， 用 Ｅ 采用 Ｑ ｑ方 法分 配 电荷 ， Ｅ ＭＤ
Ｐ Ｅ进行 电荷 分布 的 计算是 合 理 的． 图 １和 图 ２分 别 给 出了长 度为 １０个 Ｃ 的 Ｐ ５ Ｈ Ｅ伸 直 链 塌 缩过 程 中 ４个 不 同 时刻 的 Ｐ Ｅ链 构象 及
其 主链 上 甲基 和亚 甲基 所 带 电荷计 算结 果 ．图 ２ Ａ） 全反 式伸 直链 的 电荷分 布情 况 ， 这 种情 况 下 ， （ 为 在 链 两端 的 甲基 带有 较 多 的负 电 ， 链 中部 的亚 甲基则 基 本不 带 电．由图 ２ Ｂ）一（ 可 见 ， 分 子链 塌 而 （ Ｄ） 在
１ ３ 模拟 软件 ．
对于 Ｐ Ｅ单链 体 系 ， Ｅ Ｑ ｑ电荷 分 配 采 用 Ｍａ ｒ ｌ ｓ ｄｏ软 件 （ ｃｅｒｓ 司 ） ｔ ｉｓ ｔ ｉ ｅ ａ ｕ Ａ ｃｌ 公 ｙ ，对 于 Ｐ Ｅ多 链 体 系 ， 采 用 自编 Ｑ ｑ程 序 进行 电荷 分配 ．所有 的 ＭＤ模 拟 采用 Ｇ Ｏ Ｃ ¨ 力 场 为 Ｄ ｅ ｉｇ ⅡＬ 温度耦 Ｅ Ｒ ＭＡ Ｓ３ ， ｒｉ ｎ ｄ ３ １ ，
缩后 ， 中部 出现了不为零的电荷分布 ， 同样是两端 甲基带负电最多．综合这些结果可知 ， 链 但 不论在 全反式伸直链状态下 ， 还是分子链塌缩后 ， Ｅ链的电荷分布都是不均匀的． 图 ２中也可看 到， Ｅ Ｐ 在 Ｑｑ 方 法是 一 种与 量子 化学 ａ ｎｔ ｂｉｉｏ计 算较 为接 近 的方法 ，可 以根 据 分子 链 的特定 构 象 得 到相 应 的 电荷 分 ｉ
ｔｐ ：（ ／ ｓ Ａ）０ Ｂ）１ ；（ ；（ ０ Ｃ）２ ；（ ０ Ｄ）８ ． Ｏ
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高 等 学 校 化 学 学 报
Ｖｌ２ ｏ＿ ３
ＭＤ模 拟 中的 电荷 分配 步骤 ．因此可通 过 Ｑ ｑ方法 来计算 Ｐ Ｅ Ｅ体 系 的电荷分 布 ，为 ＭＤ模 拟提供 依据 ．
２ ２ 真 空条件 下的 Ｐ ． Ｅ单链在 电场 中的取 向行 为
模 拟 ４ ０ Ｋ下在 电场 强度 为 ５Ｖ ｎ 中 的取 向行为 ， 对结 果 进行 分析 ． ５ ／ｍ 并
１２２ 真 空 中 Ｐ ． ． Ｅ链 团在 电场 中的取 向行为 采用 １ ２根长 度 为 ３０个 Ｃ 的全 原子 Ｐ ０ Ｈ Ｅ链 ，于 ４０Ｋ ５ 真 空条件 下 ＭＤ模 拟 １ ｓ的相互 穿 插 过程 ，达 到平 衡 后 采用 自编 Ｑ ｑ程 序分 配 电荷 ，ＭＤ模 拟 其 在 ０ｎ Ｅ ４ ０Ｋ， ． ， ． ， ． ， ． ／ ｍ 的 电场 中最初 １ｎ ５ ０ １ １０ ２０ ５０Ｖ ｎ ｓ的取 向行为 ． １２ ３ Ｐ ． ． Ｅ本 体在 外 电场 中的取 向行 为 采 用 １ ２根长 度 为 ３０个 Ｃ 的全 原子 Ｐ ０ Ｈ Ｅ链 ， Ｎ Ｔ系 综 ， 在 Ｐ
２ 结果 与 讨 论
２１ 真空中 Ｐ ． Ｅ单链 的 电荷分 布
Ｒｐｅ ａｐ 等 已经 验证 了 Ｑ ｑ 算 结果 与实 验 电荷及 ａ ｉｏ计算 结 果 的对 比情 况 ， Ｅ 计 ｂｉ ｔ ｎｉ 结果 表 明 Ｑ ｑ Ｅ
计算结果与实验电荷和 ａ ｉｏ ｂ ｎ ｉ 的计算结果能够较好地吻合．因而在本文 中， ｉｔ 采用 Ｑ ｑ方法对高分子 Ｅ
从 原子尺度 上研 究体 系 的物 理性 质 ，因此利 用 ＭＤ模 拟可 对非极 性高 分子 链在 电场 中 的取 向行 为进 行 较 为直观 的研究 ．但 Ｍ Ｄ模拟 存在 的一个 普遍 问题 是如何 得 到 正确 的 电荷 分布 ．大部 分 的分 子力 场 并 不 提供 电荷 分 布 ， 往 需 要借 助 从 头计 算 法 （ ｂｉｉｏ 、半 经 验 法 或 Ｇ ｓ ｉ ｒ 法 和 电荷 平 衡 法 往 ａ ｎｔ ） ｉ ａｔｇ 方 ｅｅ （ ｈｒｅＥ ｕｌ ｒｔｎ Ｑ ｑ ［ Ｃ ａｇ ｑｉｂａｏ ， Ｅ ）２ 等算 法来计 算 电荷分 布．近年来 出现 了 Ａ Ｅ Ｍ ＭＭ 浮动 电荷方 法 ｉ ｉ ７ ３ ＢＥ ／