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应用微观动力学新模型研究高分子结晶机理

批准号:
21374054
项目类别:
面上项目
资助金额:
82.0 万元
负责人:
徐军
依托单位:
学科分类:
高分子物理与高分子物理化学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
钟智、唐一壬、张旸、徐昆仑、刘尊浩、林大薇

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
高分子结晶经过几十年的研究,仍有一些关键问题尚未解决,譬如成核、生长和熔化的微观机制,中间态性质随尺寸的变化等。本申请拟采用理论和实验相结合的研究思路,通过建立结晶新模型来推测高分子结晶的微观机理,然后设计实验检验理论预测。这一高分子结晶新模型,基于可逆吸附-脱附的微观动力学框架,通过微观动力学速率常数随中间态尺寸的变化,可描述不同中间态的竞争性生长。新模型的关键和创新之处,是以多体关联参数为桥梁,建立高分子结晶动力学、宏观结构参数及热力学量和微观动力学参数的定量关系。拟采用Matlab和Monte Carlo等方法模拟高分子结晶成核、生长和熔化的动态演化过程。以理论推论为基础,进一步设计实验检验模型预测,研究并尝试解决高分子结晶厚度的选择原则,结晶成核、片晶增厚和熔融的微观机制,中间态的性质,高分子和小分子结晶的异同等问题。通过本项目的研究,有望发展高分子结晶理论,形成原创性成果。
英文摘要
Though polymer crystallization has been intensively studied for decades, there are still some important questions remain open, such as microscopic mechanism of nucleation, existence of mesophase or not and variation of properties of crystal embryos with size, etc. In this proposal, we attempt to solve these challenges via the following strategy: First, a new model for polymer crystallization will be established, based on microscopic kinetics of attaching and detaching. The key of the model is the multibody-interaction parameters that correlate the macroscopic properties, such as energy barrier, surface free energy and lamellar thickness, to the microscopic kinetics parameters. Matlab and Monte Carlo methods will be applied to simulate the evolution of polymer lamellae so as to reveal the microscopic mechanism of nucleation, lamellar thickening and melting. Second, the corresponding experiments will be designed to study the variation of lamellar thickness with temperature, the properties of the mesophase, and the difference between small molecule and polymer crystallization. The research is expected to develop a new theory on polymer crystallization and deepen our understanding of crystallization.
高分子结晶经过几十年的研究,仍有一些关键问题尚未解决,譬如成核、生长和熔化的微观机制等。本课题采用理论和实验相结合的研究思路,提出了基于可逆吸附-脱附微观动力学框架的高分子结晶新模型。新模型的关键和创新之处,是以多体关联参数为桥梁,通过微观动力学速率常数随中间态尺寸的变化,可描述不同中间态的竞争性生长,从而建立高分子结晶动力学、宏观结构参数及热力学量和微观动力学参数的定量关系。采用Monte Carlo方法模拟了高分子结晶成核的动态演化过程,结果表明二次核同时增厚和增宽。以理论推论为基础,进一步设计实验检验模型预测。发现了Hoffman-Weeks曲线随结晶温度变化的斜率变化,该曲线外推不能获得平衡熔点,结果表明二次核的宽度显著影响片晶的最小厚度,揭示了高分子片晶二次核不同的稳定化机制。进一步基于微观动力学模型,测定了聚丁二酸丁二酯二次临界核的尺寸,结果表明二次核为5-7个链柱,这不同于传统Hoffman-Lauritzen表面成核理论。进一步地, 微观动力学模型还成功用于研究固体玻璃的应力松弛,揭示了固体和液体在动力学上的本质差异。这些研究,加深了对高分子结晶的认识,有望丰富和发展高分子结晶理论。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Crystalline inclusion complexes formed between the drug diflunisal and block copolymers
药物二氟尼柳和嵌段共聚物之间形成的结晶包合物
DOI: 10.1016/j.cclet.2017.04.001
发表时间: 2017-06
期刊: CHINESE CHEMICAL LETTERS
影响因子: 9.1
作者: [Zhong Zhi, Yang Xiaotong, Fu Xiao-Bin, Yao Ye-Feng, Guo Bao-Hua, Huang Yanbin, Xu Jun]
通讯作者: Xu Jun
Polymorphic Behavior and Enzymatic Degradation of Poly(butylene adipate) in the Presence of Hexagonal Boron Nitride Nanosheets
六方氮化硼纳米片存在下聚己二酸丁二醇酯的多晶型行为和酶降解
DOI: 10.1021/ie504593z
发表时间: 2015-02
期刊: Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子: 4.2
作者: [Tang Yi-Ren, Xu Jun, Guo Bao-Hua]
通讯作者: Guo Bao-Hua
Prominent Nucleating Effect of Finely Dispersed Hydroxyl-Functional Hexagonal Boron Nitride on Biodegradable Poly(butylene succinate)
精细分散的羟基六方氮化硼对可生物降解聚丁二酸丁二醇酯的显着成核作用
DOI: 10.1021/ie403915j
发表时间: 2014-03-26
期刊: INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
影响因子: 4.2
作者: [Tang, Yi-Ren, Lin, Da-Wei, Guo, Bao-Hua]
通讯作者: Guo, Bao-Hua
Study on Melting and Recrystallization of Poly(butylene succinate) Lamellar Crystals via Step Heating Differential Scanning Calorimetry
分步加热差示扫描量热法研究聚丁二酸丁二醇酯层状晶体的熔融和重结晶
DOI: 10.1007/s10118-017-1986-6
发表时间: 2017-12-01
期刊: CHINESE JOURNAL OF POLYMER SCIENCE
影响因子: 4.3
作者: [Lv, Zhi-yu, Zhang, Michael C., Xu, Jun]
通讯作者: Xu, Jun
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    高分子结晶临界核尺寸的测定
    • 批准号:
      21873054
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      65.0万元
    • 批准年份:
      2018
    • 负责人:
      徐军
    • 依托单位:
    手性高分子的片晶形态手性形成机制
    • 批准号:
      20974060
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      36.0万元
    • 批准年份:
      2009
    • 负责人:
      徐军
    • 依托单位:
    聚羟基脂肪酸酯生物材料的聚集态结构调控及其二次谐波成像法表征
    • 批准号:
      20504019
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      26.0万元
    • 批准年份:
      2005
    • 负责人:
      徐军
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金