文档介绍：北京化工大学硕士学位论文

聚电解质-胶体溶液的分子模拟研究

摘要

聚电解质—胶体络合物由于其在很多领域内的重要应用,如
胶体稳定性,电动力学性质、悬浊液粘性以及生物体系络合物等,已
经成为国际上的一个研究热点。本文研究工作包括两个部分: 聚电解
质的桥链结构对胶体颗粒静态和动态行为的影响和水溶液中非均匀
带电的类富勒烯结构的纳米颗粒在平板聚电解质刷上的吸附的布朗
动力学(BD)研究。
首先基于粗粒度模型我们用布朗动力学模拟的方法考察了以两
端带电的聚电解质为媒介的桥链结构对水溶液中胶体的径向分布函
数(RDF)和扩散行为的影响。为便于比较,我们还考察了由一端带
电的聚电解质与胶体形成的体系的各种相对应的性质。模拟结果显
示,当体系浓度较小时两端带电的聚电解质会引起胶体的聚集。这是
由于在低浓度的情况下,聚电解质的回转半径小于体系胶体间的平均
距离。当两端带电的聚电解质同时吸附在两个不同的胶体上时,聚电
解质的桥链作用将主导胶体的 RDF 及其扩散行为。随着体系浓度的
增大,聚电解质的回转半径将大于体系中胶体间的平均距离,这时聚
电解质的桥链作用就可以忽略了。通过考察两端带电的聚电解质对胶
体静态和动态行为的影响,有助于我们进一步的合成胶体溶液的稳定
剂或聚沉剂。
另外,随着高分子合成技术的发展,很多具有新结构的聚电解质
I
北京化工大学硕士学位论文
被合成出来,其中包括一些聚电解质刷子系统。基于粗粒度模型,我
们用 BD 的模拟方法在水溶液中考察了类富勒烯结构的纳米颗粒在平
板聚电解质刷上的吸附。模拟发现,整体为电中性的纳米颗粒能够吸
附在聚电解质刷上。这是由聚电解质刷对纳米颗粒表面正电区域的吸
引和对其负电区域的排斥而引起的静电非对称作用力所导致的。模拟
结果显示,当纳米颗粒的偶极矩非常大时,纳米颗粒在主体相中容易
发生团聚形成纳米团簇,它的形成不利于纳米颗粒在分子刷上的吸
附。当纳米颗粒偶极矩较小时,其吸附量随分子刷嫁接密度的增加而
单调递减;但纳米颗粒的偶极矩较大时,其吸附量与分子刷嫁接密度
的关系表现为非单调性。另外我们还发现分子刷的嫁接密度是影响分
子刷厚度和体系渗透压的一个重要因素。

关键字:聚电解质、胶体、络合物、聚电解质刷、纳米颗粒、偶极矩、
渗透压

II
北京化工大学硕士学位论文
Molecular Simulation on Polyelectrolyte-Colloid Solutions

Abstract
Due to important applications of polyelectrolyte (PE)-colloid system
in many fields,such as colloidal stability,ics,viscosity of
suspension and plexations of biological system,the investigations
on PE-colloids systems gain a lot of scientific attention in the last decades.
This work contains two sections. One is Brownian dynamics (BD)
simulation of the effect of bridging conformation of PEs on static and
dynamic behavior of colloids. The other is adsorption of nonuniformly
charged fullerene-like nanoparticles on planar PE brushes in an aqueous
solution.
BD simulation is performed to investigate the effect of the bridging
conformation of the PE with two charged heads (two-heads PE) on the
radial distribution function (RDF) and diffusion behavior of colloids on
the basis of the coarse grained model. parison, the system
contain