《高分子結晶的動力學理論研究》是依託北京師範大學，由嚴大東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高分子結晶的動力學理論研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：嚴大東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高分子結晶與玻璃化轉變、流變學等問題一樣，是高分子科學中始終沒有最後解決的難題之一。近年來，隨著大量實驗數據的積累，揭示結晶本質的時機已日漸成熟。本項目擬從微觀的分子鏈模型出發，以結晶前分子鏈從柔性鏈逐漸變為半剛性這一事實為基礎，首先建立一個在蠕蟲鏈模型之上的熱力學理論，並在此基礎之上進一步構建結晶的動力學理論。基於這一模型，我們將研究片晶厚度的動力學選擇；考慮到分子鏈構象漲落與密度漲落之間的耦合，研究結晶的成核的動力學過程。另一方面，我們也將從受限會抑制長程漲落這一觀點出發，研究受限下的成核與片晶取向的關聯。我們還將研究玻璃化溫度附近的結晶行為，以期對散射實驗的一些爭議給出解釋和評判，而這方面的理論工作在過去是沒有的。綜上，我們將以實驗結果為最終依據來客觀地研究比較不同結晶觀點的合理性與不足之處，以期最終建立自己的理論模型，解決結晶中的一些關鍵性問題。
結題摘要
高分子結晶與聚電解質理論、玻璃化轉變、流變學等問題一樣，是高分子科學中始終沒有最後解決的難題之一。近年來，隨著大量實驗數據的積累，揭示結晶本質的時機已日漸成熟。本項目從微觀的分子鏈模型出發，以結晶前分子鏈從柔性鏈逐漸變為半剛性這一事實為基礎，首先建立了一個可以用來描述分子鏈半剛性的蠕蟲鏈狀模型，並用單鏈平均場來研究這一模型，從而建立了一個描述半剛性鏈的熱力學理論，並在此基礎上進一步構建結晶的動力學理論。眾所周知，片晶中晶區與非晶區的界面很大程度上決定著片晶的性質，特別是摺疊面的表面張力，從熱力學上決定著片晶的厚度。我們提出了分子鏈莖幹的局域跳遷模型，計算了圈構象兩個接入點之間的距離，其結果支持近鄰摺疊模型（包括規則緊鄰摺疊與鬆散緊鄰摺疊），取得了與實驗一致的結果。在這一研究過程中，我們還發展了王-朗道算法，為配方函式的計算提供了足夠精度。另一個主要工作是環狀高分子熔體的結晶研究。有研究表明，更大的過冷度導致更短的纏結長度，進而造成了更小的片晶厚度。我們利用環狀高分子體系的拓撲屬性，在粗粒化聚乙烯醇模型框架下用大尺度分子動力學模擬研究了非紐結、非交聯環狀高分子長鏈的熔體結晶行為，並與化學全同的線性類似物進行對比。用原始路徑分析對冷卻與加熱過程中的纏結態進行定量研究。結晶後環狀高分子的纏結密度總體上由被片晶俘獲的鏈段所貢獻。在加熱過程中，沒有表現出和線性高分子一樣的莖幹長度增長（重組）的現象，這與近期的實驗觀察相吻合。此外，我們還開展了高分子螺旋鏈在拉伸下的多重無序-有序相轉變、單鏈在反常一階相轉變中的臨界慢化、接枝單鏈的拉伸轉變與吸附轉變等方面的研究，這些研究將有助於我們對結晶理論的深入理解。上述研究都與結晶的實驗結果相一致。我們最終的目標是以實驗結果為依據來客觀地比較不同結晶觀點的合理性與不足之處，最終為建立自己的理論以及用它來解決結晶中的一些關鍵性問題打下了基礎。
