剪切诱导下聚合物物理凝胶网络的形成与破坏过程模拟研究

发展并利用并行分子动力学方法、非平衡态分子动力学及Monte Carlo模拟方法，针对嵌段共聚物溶液体系，研究其在剪切条件下的凝胶化行为，探讨剪切速率、剪切时间以及剪切模式等对嵌段共聚物溶液体系物理凝胶网络形成过程的影响。阐明剪切速率、剪切时间、剪切模式、环境温度、体系浓度以及聚合物的链结构等因素对嵌段共聚物物理凝胶网络结构及其凝胶力学性质的影响，结合流变学及光散射实验结果，进一步明晰剪切对嵌段共聚物溶液体系凝胶化行为的影响规律，完善计算机模拟方法。对比实验和模拟结果，预测剪切对凝胶网络结构形成和破坏的作用机制，获得凝胶网络结构同力学性质之间的对应关系，为新型聚合物凝胶材料的设计和开发提供可靠的理论指导。

按项目计划书开展研究工作。发展了非平衡态分子动力学模拟以及Monte Carlo模拟方法，对不同剪切速率下嵌段共聚物溶液体系的凝胶化行为进行了模拟，结合同步辐射小角X射线散射手段以及流变仪等实验手段，获得了剪切对嵌段共聚物溶液凝胶化行为的影响规律，完成了研究内容，达到了预期目标。取得了如下研究成果： .(1)基于Monte Carlo模拟，研究了线形ABA三嵌段共聚物和环形AB嵌段共聚物在选择性溶剂中的胶束化行为，发现对于相同链组成的环形和线形嵌段共聚物，二者临界胶束浓度的差别与A嵌段的比例及B嵌段间的吸引强度密切相关，通过对体系的胶束化自由能进行系统分析，明确了环形嵌段共聚物与线形嵌段共聚物胶束化浓度呈现差别的内在本质。(2)开发了适于研究ABA型嵌段共聚物溶液体系凝胶化行为的分子动力学模拟程序，研究了具有不同嵌段比例以及不同相互作用的线形ABA嵌段共聚物在水溶液中的凝胶化行为，获得了结构凝胶和力学凝胶之间的关系。(3)研究了剪切对凝胶化过程的影响。发现当施加稳态剪切后，随着应变的增加，此时体系中构成凝胶网络的桥形链的链长呈现出一种先增加后降低的趋势，与剪切应力的变化规律相似，这表明体系中的构成凝胶网络骨架的桥形链随着剪切被拉伸，从而使得整个体系的应力随应变呈现一种非线性的递增关系。当应变进一步增加，整个体系的网络结构遭到破坏，桥形链发生断裂。（4）开发了非平衡态Monte Carlo模拟程序，针对低剪切场下嵌段共聚物体系的凝胶化行为开展了研究，发现在较低剪切场下剪切使得体系中的桥型链数目增多，因而促进了凝胶化的形成。.2011-2013年共发表SCI收录论文14篇，在国际会议上作邀请报告3次，在国内会议作邀请报告1次，培养博士生3人。