项目类别：国家自然科学基金-青年
项目编号：21104018
项目规模：24万
参与人员：罗飞 等
起止日期：2012.1.1-2014.12.31

项目摘要：物理混合是获得有用的聚合物新材料的一种重要方法，然而目前对其组分间相容性缺乏深入的理解制约了该类材料的进一步开发。一方面，经典的原子-分子模拟方法被认为是解决此问题的关键技术而受限于计算机的运算能力；另一方面，普适粗粒-分子模拟方法能跨越更宽的时间、空间尺度但不适合研究特定聚合物的性质。因此，为全面地研究聚合物的混合相容性，本项目使用多尺度分子模拟方法研究了一个典型的二元线型聚合物模型系统。该方法包括基于结构的“粗粒化”和“细粒化”过程，紧密结合了上述两类模拟方法的优点，不仅可以直接观察相行为的初始形成过程，而且可以详细考察微观结构的特征。本项目通过计算模型系统的各类性质以相关到组分间的相容性，建立定性/定量的结构-性能关系，为体系结构形态与最终性能的调控提供科学依据。

结题摘要：多尺度模型被认为是解决聚合物全原子模拟中空间和时间尺度问题的关键元素。尽管多尺度模拟方法在许多聚合物体相、薄膜和溶液研究中取得了较大的成功，它们在聚合物混合物研究中的应用鲜有报道。本课题组紧密围绕受资助项目，对此开展了大量研究，获得了系列的研究成果，现已达到预期的目标。主要地，发展了新的粗粒化/映射和细粒化/逆映射方法，以立构聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）及其与聚氯乙烯（PVC）组成的二元混合物为模型系统，利用分子动力学模拟方法系统地研究了聚合物的混合相容性。通过与目标全原子模拟和相关的实验、理论数据比较，证实了所开发的多尺度模型方法的有效性和重要性。基于系列多尺度模拟计算了模型体系的结构、能量和动力学性质，全面地揭示了链立构规整性、配方组成等对聚合物混合相容性的影响。由于使用的方法具有一般性，这些结果不仅有助于深入理解聚合物复合材料的普遍物理性质和现象，而且可能为特定聚合物复合材料的分子设计和配方优化提供快捷的理论预测方法和工具。这些工作的详细结果以4篇研究论文分别发表在Macromolecules、Journal of Molecular Modeling、Molecular Simulation、Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics等国际知名杂志上，另外有1个工作被接受在“中国化学会第29届学术年会”上通过墙报进行了交流。

相关成果的详细目录：

[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] 吴超富, 聚合物混合相容性的多尺度分子模拟研究, 2015年全国高分子学术论文报告会(苏州10.17-21), 墙报

[8] 吴超富, 立构规整的聚甲基丙烯酸甲酯的粗粒标度性质, 2014年中国化学会第29届学术年会(北京8.4-7), 墙报