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气体在无定型聚异戊二烯中扩散的分子动力学模拟
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]国防科学技术大学机电工程与自动化学院,装备综合保障技术重点实验室,长沙410073, [2]阿尔伯塔大学化学与材料工程系,加拿大埃德蒙顿T6G0X6
  • 相关基金:国家自然科学基金(51375487,51205402)资助项目
中文摘要:

采用分子动力学模拟方法研究了多个温度下氧气、氮气及甲烷在无定型顺式1,4-聚异戊二烯中的扩散系数。在模拟过程中,使用COMPASS力场作为分子力场。应用COMPASS力场的势能函数,聚合物的密度及玻璃化转变温度的计算结果与实验值有较好吻合。在278-378K的温度范围内,通过3或1.5 ns时长的正则系综动力学模拟,计算了不同温度下氧气、氮气及甲烷的扩散系数。结果表明,根据爱因斯坦关系式计算得到的扩散系数与实验结果比较接近。对气体扩散系数与温度的关系进一步研究,发现在278-378K温度范围内,甲烷的扩散系数随温度变化的半对数曲线图是非线性的,而氧气和氮气的扩散系数随温度变化的半对数曲线图是线性的。本文研究结果有助于理解温度对气体扩散的影响机制,并为高温下气体在天然橡胶中扩散系数的测定及天然橡胶热氧老化建模分析提供依据。

英文摘要:

Molecular dynamics (MD) simulations were performed to study the transport properties of gases (oxygen, nitrogen, and methane) in amorphous cis-1,4-polyisoprene over a wide range of temperatures. The COMPASS force field was used as the molecular mechanics force field in the simulations. Experimental values of density and glass transition temperature were successfully reproduced using the atomistic potentials determined by COMPASS. Diffusion coefficients were determined from long NVT simulation times (up to 3 or 1.5 ns) in the temperature range of 278-378 K. The diffusion coefficients calculated fromthe Einstein relationship agree well with available experimental data. Further studies on the temperature dependence of diffusion coefficients indicate that curvature is observed in the Arrhenius plot of diffusivity versus inverse temperature for methane, but the plots are linear over the investigated temperature range for oxygen and nitrogen. These simulation results are useful to understand the temperature dependence of diffusion coefficients, and provide a basis for the determination of diffusion coefficients at high temperatures and the modeling of thermo-oxidative degradation of polyisoprene.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781