两面神胶体粒子聚集结构调控的计算机模拟研究

发展并利用介观计算机模拟方法，研究两面神胶体粒子的自组装、凝胶化、玻璃化以及结晶等结构聚集行为。基于介观耗散粒子动力学方法，建立一种简单的、能够反映两面神粒子之间相互作用本质的模拟模型。利用该模型研究两面神粒子在稀溶液中的自组装行为以及在浓溶液中的凝胶化、玻璃化、结晶等液-固转变行为，分析两面神粒子在不同温度、浓度以及不同粒子相互作用条件下的动力学行为和结构演化规律，探索导致不同聚集结构的调控因素。本申请拟解决两大难题：一是两面神胶体粒子介观模拟模型的建立；二是认清两面神粒子在稀溶液中自组装行为的本质，明晰两面神粒子在浓溶液中凝胶化、玻璃化、结晶等液-固转变行为的控制因素，进而明确两面神粒子不同结构聚集行为的调控因素及手段。这些研究结果将为合理调控两面神粒子的聚集结构及高级功能材料的开发提供可靠的理论帮助。

按照项目计划书开展研究工作，发展了能够描述软两面神胶体粒子以及软三嵌段两面神胶体粒子软形变和各向异性特性的模拟模型及方法，开发了GPU加速的各向异性胶体粒子模拟模块，研究了软两面神胶体粒子以及软三嵌段两面神胶体粒子在稀溶液中的自组装行为，明确了不同自组装结构的形成机理及本质，同时，研究了软三嵌段两面神胶体粒子在本体中的有序堆砌行为以及类似玻璃态的聚集行为，明晰了导致不同聚集结构及动力学行为的调控因素及手段，完成了研究内容，达到了预期目标。取得了如下研究成果： . （1）发展了一种简单有效的、能够反映软两面神胶体粒子以及软三嵌段两面神胶体粒子软形变和各向异性特性的模拟模型及方法。我们模型中的模拟参数可以通过实验测量来确定，所以这些模型都能够直接对应具有不同环境条件的实验体系。（2）针对不同类型的两面神胶体粒子模型，编写了相应的CPU并行模拟程序，同时对模拟程序进行了整合和优化，开发了GPU加速分子模拟软件GALAMOST中的各向异性胶体粒子模块。（3）研究了软两面神胶体粒子和两端疏水中间部分亲水的ABA型以及两端亲水中间部分疏水的BAB型软三嵌段两面神胶体粒子在稀溶液中的自组装行为。软两面神胶体粒子的软形变和各向异性特性共同作用产生了各种新颖的自组装结构，明确了不同自组装结构的形成机理及本质。（4）研究了两端疏水中间部分亲水的ABA型软三嵌段两面神胶体粒子在本体中的有序堆砌行为以及局域有序而整体无序的类似玻璃态的聚集行为。通过合理调控ABA型软三嵌段两面神胶体粒子吸引区域比例和两面神胶体粒子聚集体的弹性，模拟得到了整体有序以及局域有序而整体无序的堆砌结构，明晰了导致不同聚集结构及动力学行为的调控因素及手段。. 我们的研究表明具有软形变和各向异性特性的软两面神胶体粒子为人们获得各种新颖的功能纳米结构提供了更丰富的构筑单元。我们发展的介观模拟方法以及GPU加速的各向异性胶体粒子模拟模块为研究各向异性胶体粒子体系的结构聚集行为提供了一种可行的模拟方案。同时，我们的研究结果可以为相关的实验结果提供理论解释和验证，为设计和制备各种新颖而复杂的纳米结构提供可靠的理论帮助。. 2012-2014年在国内外权威学术刊物上共发表SCI收录论文5篇，在国际会议上作口头报告1次，在国内会议作口头报告2次、墙报展示1次，协助培养博士研究生2人、硕士研究生1人。