外磁場下磁性納米粒子與高分子刷共混體系的蒙特卡洛模擬.pdf

1、最近Choi等人在實驗上研究了磁性納米粒子對聚合電解質(zhì)刷構(gòu)象的影響。他們發(fā)現(xiàn)如果高分子刷和磁性納米粒子的混合體系被施加一個高強(qiáng)度的磁場后,刷的高度會增高。這個現(xiàn)象是第一次在實驗中被觀測到,因此需要對高分子刷和磁性納米粒子的混合體系在外加磁場情況下高分子刷的增長規(guī)律以及磁性納米粒子的磁性性能的變化進(jìn)行更加深入和細(xì)致的研究。遺憾的是,在所有的模擬和理論研究中都未有磁性納米粒子與高分子刷的共混體系相關(guān)的研究開展。為此,本文采用蒙特卡洛的模擬方

2、法來研究高分子刷與帶磁矩的磁性納米粒子相互吸引情況下的工作,本文的模擬工作不但對現(xiàn)有的實驗結(jié)果進(jìn)行深層次上的驗證并做出統(tǒng)計,而且可以更加深入的理解該共混體系在外加磁場作用下,由于磁性納米粒子和刷的相互影響而產(chǎn)生的刷的統(tǒng)計行為和磁性納米粒子的分布。本文首次采用蒙特卡洛(Monte Carlo)的模擬方法來研究在外磁場作用下的高分子刷和磁性納米粒子組成共混體系的統(tǒng)計性質(zhì)。磁性納米粒子和高分子刷受限于兩個平行的板面之間,高分子刷生長于下面的板

3、面。在這個共混體系外,所施加的磁場的方向垂直于底面的平行板,同時,高分子刷和磁性納米粒子存在互相吸引作用。研究發(fā)現(xiàn)高分子刷的平均高度與外加磁場的強(qiáng)度有關(guān),同時還與高分子刷的嫁接密度和高分子刷長有關(guān)。外加磁場影響磁性納米粒子的排布,磁性納米粒子的排布又會影響高分子刷的空間分布。隨著磁場強(qiáng)度的增加,由于磁性納米粒子的磁矩方向會漸漸的朝向磁場方向,從而呈現(xiàn)磁性納米粒子沿外磁場方向排列,所以高分子刷的平均高度會相應(yīng)的升高。同時,高分子刷的鏈長和

4、嫁接密度也會影響磁性納米粒子在體系的各種性質(zhì)參數(shù),例如:磁性納米粒子的分布,沿著Z方向的磁性納米粒子的平均鏈長,磁化率和徑向關(guān)聯(lián)函數(shù)。1.外磁場下磁性納米粒子與高分子刷的共混體系,高分子刷的平均高度會隨著外磁場的增大而升高,并且在特定的磁場強(qiáng)度下達(dá)到最大值,繼而當(dāng)外磁場繼續(xù)增大時,高分子刷的平均高度幾乎保持不變。2.在不同外磁場強(qiáng)度下,磁性納米粒子在體系的空間分布曲線呈現(xiàn)拋物線的形狀,當(dāng)外磁場強(qiáng)度越大,拋物線的峰值越小,集中區(qū)域范圍越寬

5、。這有可能是由于高分子刷的相互吸引的影響而引起的。3.在較強(qiáng)外磁場下,當(dāng)沒有高分子刷存在時,磁性納米粒子在Z方向形成的平均鏈長的值比在有高分子刷存在時的值小。但是在磁場很小的時候,當(dāng)沒有高分子刷存在時,磁性納米粒子在Z方向形成的平均鏈長的值比在有高分子刷存在時的值大,是因為高分子刷沒有在Z方向伸展開來,以至于阻礙了磁性納米粒子在Z方向形成鏈狀結(jié)構(gòu)。4.在不同的嫁接密度或者高分子刷鏈的情況下,磁化率隨磁場增大曲線均會很快達(dá)到一個最大值,繼