超润滑性：聚电解质的动力学与宏观力学性质研究

Polymer scientists have developed a clear physical picture and model for the polyelectrolyte solution and static properties after 20 years. The dynamics of polyelectrolytes in solution and at interface are investigated by a lot of groups recently. The focus of the study will switch to the understanding and application of the smart and high-performance material contained polyelectrolytes in the next 5-10 years, for example, the super-low friction of the polyelectrolyte brushes. The lubrication of the polyelectrolyte brushes is a good test vehicle for the dynamical model of the polyelectrolytes, and we will extend our theory and simulation of the polyelectrolytes to the mechanical properties of materials contained polyelectrolyte brushes in our proposal. We will show the clear physical picture of the relation between the dynamics at the molecular level and the macroscopic mechanical properties by the theoretical model and computer simulation in the proposal.

经过近20年高分子科学家们的不懈努力, 高分子聚电解质的溶液结构和静态性质的关系已经研究得比较清楚, 相关的动力学研究也在逐渐开展。最近的理论、实验和应用研究， 逐渐把对聚电解质的研究重点, 转向了与智能和高性能材料的研究中; 而其中与动力学相关的力学性质，例如聚电解质刷的超润滑性，是基础理论和重要应用相结合的一个重要切入点。本申请从理论和模拟两个方面， 利用已有的建立在坚实基础上的对高分子聚电解质理论和模拟手段，对具有超低摩擦系数的高分子聚电解质刷进行研究， 希望籍此扩展我们针对高分子聚电解质的动力学的认识， 为下一代智能和高性能材料的开发打下坚实的理论基础。申请人长期从事聚电解质理论和模拟的相关工作， 在聚电质刷的静态性质和动力学研究方面有长期的经验积累， 更希望通过此项申请，进一步扩展我们对聚电解质的动力学与宏观力学性能的认识。

从聚电解质刷的标度理论框架入手， 建立和完善了相互作用的聚电解质刷的动力学相图；完成了对聚电解质刷的力学性质，包括法向应力和剪切应力的模拟，建立完善的模拟模型和算法。针对标度理论模型的相空间，和计算机模拟结果进行对照，完善了动力学相图，并对摩擦系数进行理论和模拟的准确预测。把动力学模型应用到相关的聚电解质体系中，建立了更普遍的聚电解质动力学与宏观力学性质的关系。