高分子链穿孔及诱导碳纳米管自组装的分子动力学模拟

论文摘要

本文的研究内容分为两个部分，一是支化高分子链的穿孔行为，二是一条线型高分子链诱导两条碳纳米管进行自组装的行为。首先，采用Langevin dynamics方法对支化高分子链的穿孔行为进行了研究。通过研究一条高分子链上各个单体的进孔时间来判断支点的位置，从而预测出支化高分子链的支链位置。模拟研究发现：支化高分子链的平均穿孔时间τ与主链的长度N满足标度关系τ~Nα，其中标度系数α随着外场力F的增大而增大。同时还研究了支链数n对穿孔时间的影响，发现标度系数α的值随着n的增大而有减小的趋势。通过对支化高分子链穿孔行为的研究从而加深对生物大分子穿孔行为的了解。其次，采用分子动力学方法对高分子链诱导两条碳纳米管自组装行为进行研究，这里使用的是LAMMPS软件包。通过分析不同时间步下高分子链与碳纳米管的构象变化图，从而了解碳纳米管自组装形成的全过程；通过分析不同柔性高分子链对碳纳米管的诱导作用得到，随着高分子链刚性系数K aa的不断增大，两条碳纳米管之间的夹角不断的减小，且当高分子链为半柔性即Kaa=350kBT时，高分子链有螺旋构象的产生。通过对高分子链诱导碳纳米管自组装的研究，加深了对碳纳米管的认识和了解。通过对这两个方面的研究，为高分子在各个领域的应用提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 高分子链的结构
• 1.3 高分子链的柔顺性及其表征
• 1.4 研究高分子链的方法
• 1.4.1 Monte Carlo 方法
• 1.4.2 Molecular dynamics 模拟
• 1.4.3 Berendsen 和 Nose-Hoover 恒温系统
• 1.5 分子模拟软件 LAMMPS 的介绍
• 1.6 单层碳纳米管结构的简要介绍及应用研究进展
• 1.6.1 碳纳米管的结构
• 1.6.2 碳纳米管的应用研究进展
• 1.7 本文研究的主要内容和意义
• 第二章 支化高分子链穿孔行为的研究
• 2.1 研究背景
• 2.2 模型和算法
• 2.3 研究结果和讨论
• 2.3.1 预测支链的位置
• 2.3.2 外力对支化高分子链穿孔过程的影响
• 2.3.3 支链数目对穿孔时间的影响
• 2.4 小结
• 第三章 碳纳米管在高分子诱导下的自组装
• 3.1 引言
• 3.2 模型和方法
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 不同时刻下高分子链与碳纳米管的构象变化
• 3.3.2 不同柔性高分子链与碳纳米管的作用
• 3.4 小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文