項目類別：國家自然科學基金-青年
項目編號：21104018
項目規模：24萬
參與人員：羅飛 等
起止日期：2012.1.1-2014.12.31
項目摘要：物理混合是獲得有用的聚合物新材料的一種重要方法，然而目前對其組分間相容性缺乏深入的理解制約了該類材料的進一步開發。一方面，經典的原子-分子模擬方法被認為是解決此問題的關鍵技術而受限于計算機的運算能力；另一方面，普適粗粒-分子模擬方法能跨越更寬的時間、空間尺度但不適合研究特定聚合物的性質。因此，為全面地研究聚合物的混合相容性，本項目使用多尺度分子模擬方法研究了一個典型的二元線型聚合物模型系統。該方法包括基于結構的“粗粒化”和“細粒化”過程，緊密結合了上述兩類模擬方法的優點，不僅可以直接觀察相行為的初始形成過程，而且可以詳細考察微觀結構的特征。本項目通過計算模型系統的各類性質以相關到組分間的相容性，建立定性/定量的結構-性能關系，為體系結構形態與最終性能的調控提供科學依據。
結題摘要：多尺度模型被認為是解決聚合物全原子模擬中空間和時間尺度問題的關鍵元素。盡管多尺度模擬方法在許多聚合物體相、薄膜和溶液研究中取得了較大的成功，它們在聚合物混合物研究中的應用鮮有報道。本課題組緊密圍繞受資助項目，對此開展了大量研究，獲得了系列的研究成果，現已達到預期的目標。主要地，發展了新的粗粒化/映射和細粒化/逆映射方法，以立構聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）及其與聚氯乙烯（PVC）組成的二元混合物為模型系統，利用分子動力學模擬方法系統地研究了聚合物的混合相容性。通過與目標全原子模擬和相關的實驗、理論數據比較，證實了所開發的多尺度模型方法的有效性和重要性。基于系列多尺度模擬計算了模型體系的結構、能量和動力學性質，全面地揭示了鏈立構規整性、配方組成等對聚合物混合相容性的影響。由于使用的方法具有一般性，這些結果不僅有助于深入理解聚合物復合材料的普遍物理性質和現象，而且可能為特定聚合物復合材料的分子設計和配方優化提供快捷的理論預測方法和工具。這些工作的詳細結果以4篇研究論文分別發表在Macromolecules、Journal of Molecular Modeling、Molecular Simulation、Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics等國際知名雜志上，另外有1個工作被接受在“中國化學會第29屆學術年會”上通過墻報進行了交流。
相關成果的詳細目錄：
[1] C. Wu, Phase morphologies of binary polymer blends predicted by systematically coarse-grained models, Macromol. Theory Simul. 2016, 25(4), 336-347
[2] C. Wu, Melt phase behaviors of collapsed PMMA/PVC chains revealed by multiscale simulations, J. Mol. Mod. 2016, 22(4), 99
[3] C. Wu, Coarse-grained molecular dynamics simulations of stereoregular poly(methyl methacrylate)/poly(vinyl chloride) blends, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2015, 53(3), 203-212
[4] C. Wu, Hydrogen bonding in stereoregular poly(methyl methacrylate)/poly(vinyl chloride) blends as studied by molecular dynamics simulations, Mol. Simul. 2015, 41(7), 547-554
[5] C. Wu, Multiscale simulations of the structure and dynamics of stereoregular poly(methyl methacrylate)s, J. Mol. Mod. 2014, 20(8), 2377
[6] C. Wu, A combined scheme for systematically coarse-graining of stereoregular polymer blends, Macromolecules 2013, 46(14), 5751-5761
[7] 吳超富, 聚合物混合相容性的多尺度分子模擬研究, 2015年全國高分子學術論文報告會(蘇州10.17-21), 墻報
[8] 吳超富, 立構規整的聚甲基丙烯酸甲酯的粗粒標度性質, 2014年中國化學會第29屆學術年會(北京8.4-7), 墻報