大分子体系基础辐射物性的理论预测

The basic radiative physical properties (optical constants) of macromolecular systems such as the polymers, biomolecular systems and liquid fuels have important applications in the fields of energy and power, chemistry and biology. At present, the optical constants of macromolecular systems are still lacking, which has seriously restricted the analysis of thermal radiation processes. In addition, the widely used first-principles simulation method is only suitable for the calculation of the optical constants of small molecules and small systems. Therefore, it is extremely urgent to develop a new method for calculating the optical constants of macromolecular systems by using the first-principles method. This project focuses on the crossing and blending between subjects, aims to the frontier research direction of the basic radiative physical properties of materials, and systematically studies the first-principles simulation of the optical constants in macromolecular systems. Based on the fragmentation theory, a large molecule is divided into many fragments. The content of this project is as following: conducting the first-principles calculation of each fragment in the macromolecule, exploring the method to deduce the related properties of the macromolecule from the fragment calculation results to realize the first-principles simulation of macromolecular systems and to provide theoretical support to the modeling of optical constants and extrapolation at extreme conditions; exploring the measurement method of the optical constants of solid/liquid systems, carrying out experimental measurements of optical constants of typical macromolecular systems to provide experimental verification for the theoretical prediction.

高分子聚合物、生物大分子以及液体燃料等大分子体系的基础辐射物性(光学常数)在能源动力、化工和生物等领域具有重要应用。目前，大分子体系的光学常数数据还很缺乏，已严重制约热辐射过程的分析研究。此外，目前广泛应用的第一性原理模拟方法只适合小分子、小体系光学常数的计算，因此发展应用第一性原理方法计算大分子体系光学常数的新方法迫在眉睫。本课题注重学科之间的交叉融合、瞄准物质基础辐射物性的前沿研究方向，系统地开展大分子体系光学常数理论预测方面的研究。基于片段分割理论将大分子分割为多个片段，开展每个片段的第一性原理计算，研究由片段计算结果反推大分子相关性质的方法，以实现大分子体系光学常数的第一性原理模拟，为大分子介质光学常数的建模和极限工况外推提供理论支撑；研究固态/液态体系光学常数的测量方法，开展典型大分子体系光学常数的实验测量，为理论预测提供实验验证。

高分子聚合物、生物大分子以及液体燃料等大分子体系的基础辐射物性(光学常数)在能源动力、化工和生物等领域具有重要应用。目前，大分子体系的光学常数数据还很缺乏，已严重制约热辐射过程的分析研究。此外，目前广泛应用的第一性原理模拟方法只适合小分子、小体系光学常数的计算，因此发展应用第一性原理方法计算大分子体系光学常数的新方法迫在眉睫。本项目针对大分子体系基础辐射物性获取亟待解决的问题进行研究：1）大分子体系基础辐射物性的理论预测和实验研究，2）包含大分子介质的颗粒弥散体系辐射特性计算及辐射传输模型研究。.项目研究获得以下主要成果：.(1) 建立了紫外-可见光-近红外波段典型液体燃料及高分子聚合物辐射物性的实验测量方法，实验研究了紫外-可见光-近红外波段典型原油、烷烃、有机溶剂及高分子聚合物等的复折射率；.(2) 建立了中红外波段典型液体燃料及高分子聚合物辐射物性的实验测量方法，实验研究了典型液体燃料及高分子聚合物等的复折射率；.(3) 建立了高分子聚合物等大分子体系基础辐射物性的理论计算方法，实现了红外波段大分子体系折射率和吸收指数的准确计算，开展了典型高分子聚合物复折射率的第一性原理计算；.(4) 开发了高折射率介电纳米结构结构色正向预测及反向设计的双向深度神经网络，为精确、高效地设计纳米颗粒系统的结构颜色提供了一种简便易行的方法；.(5) 建立了海面浮油（乳化物）标量和矢量辐射传输模型，研究了油膜厚度、液滴体积分数、液滴粒径等参数对可见光-中红外波段海面油乳物光谱辐射传输特性及偏振斯托克斯矢量的影响；.(6) 探究了颗粒间距、尺度参数、复折射率和体积分数等因素对非独立散射及吸收特性，以及非独立散射判据的影响规律；构建了考虑颗粒间非独立散射和团聚作用的弥散介质辐射传输理论计算模型。.本项目目前已发表研究论文9篇，其中国际期刊9篇。正培养硕士研究生2名，辅助培养硕士研究生2名。申请发明专利2项，已授权2项。