流体在聚偏氟乙烯纳米通道内的分子动力学模拟研究

摘要

聚偏氟乙烯(PVDF)，具有良好的化学稳定性、耐热性、机械稳定性，是一种性能优良的新型聚合物膜材料。对PVDF进行亲水化改性，提高材料的抗污染能力是膜科学领域的热点问题。然而，从理论上解释膜材料表面微观结构同膜亲水性、抗污染能力间的关联机制，仍有待研究。随着科技的发展与计算机应用领域的扩大，将传统实验应用于计算机中模拟已成为趋势，既能减少不必要的资源浪费，又能否定一部分不合理的实验猜想，在模拟过程中达到预期目的。本文采用分子动力学模拟方法，建立PVDF模型，并针对其性能，对流体在纳米级别的PVDF膜通道内的运动过程进行了计算研究。
　　采用纳米通道模型，模拟流体在PVDF纳米通道内的运动，有利于研究流体流动的表面效应，研究流体在纳米通道内的表面亲润性、非对称通道内的运动规律、流体的运动特性以及膜表面性质改变对流体的影响。本文利用Material Studio6.0软件Dmol3模块建立PVDF晶体模型并对其几何结构进行优化处理。随后结合文献建立力场参数，升高温度对PVDF膜进行烧结处理，再通过逐步降温得到熔融态的膜通道体系。通过LAMMPS软件进行分子动力学模拟，结果表明:熔融态的PVDF膜表面流体分子分布更均匀，并且亲水性得到改善;甲醇溶液与水溶液对膜表面性质的影响不明显;不同孔径的PVDF纳米通道对溶液分子在孔道的分布有一定的影响，孔径增大，孔径对流体的抑制作用就会降低，溶液分子分布越易趋于均匀。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 聚偏氟乙烯膜简介

1．1．1 膜技术的发展

1．1．2 聚偏氟乙烯膜概述

1．2 聚偏氟乙烯膜应用研究进展

1．2．1 水处理的过滤膜

1．2．2 膜接触器及相关过程

1．2．3 回收生物燃料

1．2．4 复合膜制备

1．2．5 锂离子电池隔膜

1．2．6 其它应用

1．3 基于PVDF的计算机模拟技术

1．3．1 计算机模拟

1．3．2 计算机模拟技术在高分子体系中的应用

1．3．3 PVDF分子动力学模拟现状

1．3．4 PVDF模拟体系的相关性质计算方法简介

1．4 纳米通道内流体的分子模拟研究

1．5 本课题选题意义及研究内容

第二章 PVDF相转变模拟研究

2．1 建立PVDF晶体模型

2．2 PVDF相转变模拟过程

2．2．1 PVDF模拟力场参数

2．2．2 模拟细节

2．2．3 模拟结果与分析

2．3 本章小结

第三章 聚偏氟乙烯纳米通道内水分子模拟研究

3．1 建立模型

3．1．1 水分子模型

3．1．2 水在不同相聚偏氟乙烯纳米通道内的模型

3．2 模拟结果与分析

3．2．1 模拟结果显示

3．2．2 模拟结果分析

3．3 本章小结

第四章 不同条件下PVDF纳米通道内流体分子动力学行为

4．1 模拟方法及过程

4．1．1 变孔径模型

4．1．2 变流体溶液模型

4．2 模拟结果分析与讨论

4．2．1 变孔径模型模拟结果

4．2．2 甲醇溶液在不同相PVDF纳米通道内的模拟结果

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢