介电非均匀性离子型高分子软凝聚态体系的低标度模拟研究
批准号:
22073094
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
段晓征
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:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
段晓征
中文摘要
离子型高分子与生命科学、材料科学、能源科学以及医学等领域的研究密切相关;其应用领域众多,前景广阔。由于离子组分之间静电作用的长程性和复杂性,“离子型高分子结构及动力学性质与其多样性性能内在关联的根本性理解”成为世界科学研究的热点与难点,并被列入当今高分子科学研究的十大挑战。研究静电作用影响离子型高分子软凝聚态体系性质的微观机理,具有重要的科学意义和工业价值。.本项目拟发展适于考察介电非均匀性(响应性)离子型高分子体系静电作用的高效低标度模拟算法,以全新角度,从“静电关联和离子溶剂化效应的耦合机制”及其与“高分子链内、链间作用”的协同效应出发,在分子尺度研究静电作用影响离子型高分子软凝聚态体系结构、热力学及动力学性质的微观机理,及其所对应的普遍与特殊性规律。本项目力图为离子型高分子软凝聚态体系新理论模型及电解质新理论模型的建立提供依据,并为相关实验研究以及新功能材料的发展提供可靠的指导。
英文摘要
Ion-containing polymers are essential in life science, material science, energy science, and medical science, and have found their current and potential applications in many areas of science and technology. Due to the long-range and complex nature of the electrostatic interaction between ionic components, “the fundamental understanding of the intrinsic correlations between the structure/dynamic properties and the diverse functions of ion-containing polymers” has become a hot and difficult scientific issue in the world, and has been regarded as one of the top ten current challenges by the polymer science community. Therefore, it is of great scientific significance and industrial value to elucidate the underlying mechanisms for the effects of electrostatic interactions on the structural, thermodynamic and dynamic properties of the soft-condensed system of ion-containing polymers..In this project, we aim to develop novel, effective low-scaling computer simulation methods that can account for the electrostatic interactions in the inhomogeneous dielectric (response) soft-condensed system of ion-containing polymers, and investigate the mechanism of coupling effects between electrostatic correlation and ion salvation, as well as its synergistic effect with intra/inter-chain interactions of polymers. We will clarify the microscopic mechanism for the effects of electrostatic interactions on the structural, thermodynamic and dynamic properties of the soft-condensed system of ion-containing polymers on the molecular scale, and reveal the relative general and/or special principles. Our work can provide insights into the development of new theoretical models for soft-condensed system of ion-containing polymers and electrolytes, and confer reliable guidance for the relative experimental studies and novel functional material designing.
在本项目中,我们将经典物理化学理论与粗粒化模拟进行创新型结合,发展了适于考察“离子-偶极复杂静电作用”的新型低标度模拟方法,针对离子型高分子软凝聚态体系静电关联效应和离子溶剂化效应的耦合机制,及其与高分子链内、链间作用的协同机制开展了高通量模拟研究;结合带电组分掺杂、外电场施加及变温等手段,揭示了静电作用影响离子型高分子软凝聚态体系结构、热力学及动力学性质的微观机理,系统明确了分子组成、外场以及表界面等因素对离子型高分子体系性质的影响规律;发现了“电场诱导嵌段聚电解质有序相变”、“非对称偶极性溶剂造成的阴/阳离子性聚电解质溶液热力学性质差异”、“离聚物与聚电解质层级组装”、“聚电解质接枝纳米粒子在带电表面的特异性吸附”等新现象、新机制;发展了“聚电解质-离聚物复合微球”、“多酸纳米粒子掺杂离聚物高分子质子交换膜”、“水下离子液体-高分子高性能粘合剂”、“聚电解质基湿度响应性分子执行器”、“新型光敏/热敏/水敏离子型高分子电解质”、“聚电解质基50nm以下可控制备硅球”等新型材料的设计、制备策略,为离子型高分子体系的前沿实验研究与产业化研发提供了理论支撑。..在资助下,项目负责人在Nature Commun.(2)、Angew. Chem. Int. Ed. (2)、J. Am. Chem. Soc. (2)、CCS Chem. (1) 、Joule (1)、Adv. Funct. Mater. (3)、ACS Catal. (1)、Macromolecules(5)等国际核心期刊发表论文38篇,其中中国科学院分区一区文章23篇,二区文章13篇,IF>10的文章18篇,多篇被选为热点、亮点或封面文章;获批中国软件著作权8项,申请发明专利1项;参加国际学术会议5人次(提交会议论文5篇),作分会邀请报告4人次;参加国内学术会议22人次(提交会议论文22篇),作分会邀请报告9人次,分会报告2人次,墙报报告10人次;项目负责人获得“中国科学院区域发展青年学者(2023)”、“吉林省杰出青年科技人才(2023)”、“中国节能协会创新奖节能减排科技进步奖(2024,排名3/16)”、“Wiley中国开放科学高贡献作者奖(2022)”等奖励与荣誉。
离子掺杂高分子溶液相行为的Monte Carlo模拟研究
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批准号:21404103
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:段晓征
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依托单位:
国内基金
海外基金