氣體小分子在POSS相關(guān)膜中擴散行為的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)材料已被國外喻為下一代主導(dǎo)材料,而通過計算機模擬雜化材料的一些結(jié)構(gòu)與性能并得出結(jié)果的研究方式也日漸成熟。本文利用量子化學(xué)計算的方法確定了雜化膜材料MSSO穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)類型,并采用分子模擬的方法研究氣體小分子在純T8-POSS體系和f-GST和f-GSTD雜化膜體系中的擴散行為,并初步進(jìn)行了AP-POSS改性環(huán)氧樹脂雜化膜的動力學(xué)模擬研究。通過UV-MALDI-TOF MS對由MPMS做前驅(qū)體水解縮合得到

2、的多形態(tài)MSSO化合物的摩爾質(zhì)量規(guī)律性分布進(jìn)行了研究,計算和推測出符合實測摩爾質(zhì)量的、可能的多形態(tài)POSS的結(jié)構(gòu)簡式。運用量子力學(xué)計算的方法,以單一MSSO整體分子為模型,得出了各種結(jié)構(gòu)分子體系的總能量。根據(jù)計算結(jié)果可知,MSSO的籠型結(jié)構(gòu)較梯型結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性,并得出MSSO可能的最合理、最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)類型是籠型的結(jié)論。在確定了MSSO穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為籠型的基礎(chǔ)上,用分子動力學(xué)模擬的方法考察了O2和H2O在純GPMS-T8 POSS和MP

3、MS-T8 POSS體系中的擴散行為,并且分析了籠型T8-POSS的均方位移,發(fā)現(xiàn)在模擬時間范圍內(nèi),POSS的位移很小, Si-O-Si的角度和Si-Si之間的距離變化很小, POSS籠型結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。進(jìn)而用動力學(xué)模擬的方法考察了氣體小分子在f-GSTD和f-GST雜化膜體系中的擴散系數(shù)。O2、NO2和SO2分子在f-GSTD體系中的擴散系數(shù)要明顯小于在f-GST中的擴散系數(shù),因為DGEBA的加入減小了體系的空穴和空穴的體積減小了氣體分

4、子的擴散系數(shù),對雜化膜的防腐功能有較大的提高。用動力學(xué)模擬考察了AP-POSS改性環(huán)氧樹脂雜化膜體系。通過X射線衍射圖譜計算了POSS的引入對高分子鏈間距離的影響；通過均方位移(MSD)分析了高分子鏈的運動性和O2分子在雜化膜中的擴散行為。發(fā)現(xiàn)POSS的引入使得高分子鏈間相互作用減弱,分子鏈間距離增大,分子鏈運動性增高。盡管本研究建立的模型與實際體系在空間尺度相差較大,但是從模擬結(jié)果來看變化規(guī)律還是一致的,因此本研究中采用的分子動力學(xué)模