《套用微觀動力學新模型研究高分子結晶機理》是依託清華大學，由徐軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：套用微觀動力學新模型研究高分子結晶機理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：徐軍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高分子結晶經過幾十年的研究，仍有一些關鍵問題尚未解決，譬如成核、生長和熔化的微觀機制，中間態性質隨尺寸的變化等。本申請擬採用理論和實驗相結合的研究思路，通過建立結晶新模型來推測高分子結晶的微觀機理，然後設計實驗檢驗理論預測。這一高分子結晶新模型，基於可逆吸附-脫附的微觀動力學框架，通過微觀動力學速率常數隨中間態尺寸的變化，可描述不同中間態的競爭性生長。新模型的關鍵和創新之處，是以多體關聯參數為橋樑，建立高分子結晶動力學、巨觀結構參數及熱力學量和微觀動力學參數的定量關係。擬採用Matlab和Monte Carlo等方法模擬高分子結晶成核、生長和熔化的動態演化過程。以理論推論為基礎，進一步設計實驗檢驗模型預測，研究並嘗試解決高分子結晶厚度的選擇原則，結晶成核、片晶增厚和熔融的微觀機制，中間態的性質，高分子和小分子結晶的異同等問題。通過本項目的研究，有望發展高分子結晶理論，形成原創性成果。
結題摘要
高分子結晶經過幾十年的研究，仍有一些關鍵問題尚未解決，譬如成核、生長和熔化的微觀機制等。本課題採用理論和實驗相結合的研究思路，提出了基於可逆吸附-脫附微觀動力學框架的高分子結晶新模型。新模型的關鍵和創新之處，是以多體關聯參數為橋樑，通過微觀動力學速率常數隨中間態尺寸的變化，可描述不同中間態的競爭性生長，從而建立高分子結晶動力學、巨觀結構參數及熱力學量和微觀動力學參數的定量關係。採用Monte Carlo方法模擬了高分子結晶成核的動態演化過程，結果表明二次核同時增厚和增寬。以理論推論為基礎，進一步設計實驗檢驗模型預測。發現了Hoffman-Weeks曲線隨結晶溫度變化的斜率變化，該曲線外推不能獲得平衡熔點，結果表明二次核的寬度顯著影響片晶的最小厚度，揭示了高分子片晶二次核不同的穩定化機制。進一步基於微觀動力學模型，測定了聚丁二酸丁二酯二次臨界核的尺寸，結果表明二次核為5-7個鏈柱，這不同於傳統Hoffman-Lauritzen表面成核理論。進一步地， 微觀動力學模型還成功用於研究固體玻璃的應力鬆弛，揭示了固體和液體在動力學上的本質差異。這些研究，加深了對高分子結晶的認識，有望豐富和發展高分子結晶理論。
