气体膨胀液体-纳米金属微粒可控制备的实验及模拟协同研究

内容： 将气体膨胀液体（GXLs）-金属纳米微粒制备过程的模拟计算与实验协同研究，利用高性能计算资源（HPC）进行相关GXLs的MD模拟计算，并利用密度泛函理论 (DFT) 模拟保护配体在GXLs中的溶剂化构型，在MD及DFT模拟计算提供的分子水平的GXLs及保护配体的微观结构信息和各种溶剂特性的基础上，再结合目标体系分散稳定性模型计算纳米微粒分散体系的各种相互作用势能，计算获得预期粒径分布所对应的GXLs溶剂条件，为实现GXLs-纳米制备过程粒径及形貌可控提供理论支持，同时实现从分子水平揭示目标过程的机理之目的，最终实现GXLs-纳米微粒分级制备过程的预期优化设计。.意义： GXLs-金属纳米微粒分级制备过程的实验及模拟协同研究，为我们根据目标过程对GXLs的溶剂性质进行预期设计以及GXLs目标过程的优化设计提供了定量依据，对于指导及优化GXLs中的其它重要纳米材料制备过程意义重大。

研究了气体膨胀液体 (GXLs) 中金属银纳米微粒的可控制备过程。实验方面，考察了GXLs中气体的压力、配体、溶剂等对GXLs中纳米微粒分级制备过程的影响。模拟计算方面，在对GXLs溶剂化性质进行表征的基础上，建立了金属银-烷基硫醇-GXLs纳米体系的分散稳定性模型，通过对体系的稳定性及体系中各种相互作用能分析，建立了定量表达体系中范德华引力项与微粒的直径、微粒中心-中心间的距离以及 Hamaker 常数之间关系的方程；定量描述了渗透性排斥力项或可调排斥力项与微粒的直径及间距、微粒表面间的间距、溶剂的摩尔体积、微粒表面配体的剖面体积分数、配体的长度、Flory-Huggin 相互作用参数间的函数关系；用方程描述了Hamaker 常数与GXLs体系的温度、各组份的介电常数及折射率间的定量关系；建立了GXLs体系中 Flory-Huggin 相互作用参数与混合溶剂的摩尔体积、溶剂和配体的Hildebrand溶解参数间定量关系的方程。结果表明，配体的溶剂化程度对微粒尺寸的影响很大，而配体的溶剂化程度又是GXLs压力的函数。对提出的GXLs 条件下配体分子的三种溶剂化构型模型分别进行了计算，结果显示，配体折叠溶剂化模型以及配体部分溶剂化模型的模拟结果与实验数据吻合较好，而配体伸展溶剂化模型的模拟结果与实验数据差别较大。该工作有助于揭示和理解GXLs-纳米微粒制备过程的分子水平机理。..开展了GXLs中纳米复合物系列的可控制备研究：分别对多臂(MW-)及单臂碳纳米管(SWCNTs)进行了均聚物P4VP（聚4-乙烯基吡啶）或嵌段共聚物P4VP-b-PS (聚(4-乙烯基吡啶)-聚苯乙烯）的非共价键修饰；考察了GXLs中压力、聚合物分子量、聚合物与CNTs 不同质量比例等条件对CNTs上聚合物结晶形貌的影响；发现由GXLs辅助的CNTs复合材料的结晶形貌转变过程中，存在一个压力-开关效应, 通过调节压力可实现不同的结晶机理切换，即实现结晶机理从soft-epitaxy（羊肉串构型）到normal-epitaxy （螺旋构型）的转变。复合物的分散性按P4VP-SWCNTs  P4VP-MWCNTs  P4VP-b-PS-SWCNTs顺序依次下降。. 进行了两类纳米智能材料的制备及性质的探索性研究。其中一个是GXLs中嵌段聚合物的自组装纳米材料的形貌结构可控研究：研究发现，G