分子模拟技术在生物医学高分子材料共混改性中的应用

前言
第1章 绪论 1
1.1 生物医学高分子材料及其改性 1
1.1.1 生物医学高分子材料 1
1.1.2 生物医学高分子材料的改性 2
1.2 生物医学高分子材料共混改性方法及应用 3
1.2.1 物理共混 3
1.2.2 化学共混 5
1.3 分子模拟技术 7
1.3.1 概述 7
1.3.2 分子动力学模拟 8
1.3.3 耗散粒子动力学模拟 9
1.3.4 分子模拟技术在高分子材料共混研究中的应用 9
1.4 本书内容安排 12
参考文献 15
第2章 理论基础与模拟方法 20
2.1 引言 20
2.2 分子动力学模拟方法 20
2.2.1 分子动力学模拟的基本原理 20
2.2.2 分子动力学的积分算法 21
2.2.3 分子动力学模拟中常用力场 23
2.2.4 分子动力学模拟中粒子系综及控制方法 27
2.2.5 周期性边界条件 29
2.3 耗散粒子动力学模拟方法 30
2.3.1 耗散粒子动力学模拟的基本原理 30
2.3.2 耗散粒子动力学与Flory-Huggins理论 32
2.3.3 耗散粒子动力学的积分算法 34
2.3.4 耗散粒子动力学模拟的特点 34
2.4 常用的模拟软件简介 35
2.5 本章小结 36
参考文献 37
第3章 PVA/PAM共混体系及其水凝胶的分子动力学 39
3.1 引言 39
3.2 PVA/PAM共混体系的分子动力学 39
3.2.1 模型的构建及模拟细节 39
3.2.2 体系相容性及组分比对体系性质的影响 44
3.2.3 组分间的相互作用机理 51
3.3 PVA/PAM共混水凝胶体系的分子动力学 55
3.3.1 模型的构建及模拟细节 55
3.3.2 含水量对体系性质的影响 57
3.3.3 水分子在共混水凝胶体系中的分布及作用机理 59
3.4 本章小结 62
参考文献 62
第4章 水分子在PVA/PAM共混体系中的扩散机理 65
4.1 引言 65
4.2 模拟方法及实验 65
4.2.1 材料 65
4.2.2 模型的构建 66
4.2.3 模拟细节和平衡模型 67
4.2.4 扩散系数的计算 68
4.2.5 不同组分共混薄膜的制备及其亲水性测量 69
4.3 不同因素对体系中水分子扩散的影响 72
4.3.1 基体材料组分比的影响 72
4.3.2 温度的影响 73
4.3.3 体系中水分子数的影响 75
4.4 基体材料对水分子扩散的影响机制 76
4.4.1 对相关函数分析 76
4.4.2 亲水性实验验证 79
4.5 本章小结 81
参考文献 81
第5章 纳米二氧化硅在PVA/PAM共混材料中的作用机理 83
5.1 引言 83
5.2 模型构建和模拟细节 83
5.2.1 聚合物模型的构建 83
5.2.2 纳米二氧化硅粒子模型的构建 84
5.2.3 PVA/PAM/silica共混模型的构建 84
5.2.4 模拟细节和共混平衡模型 85
5.2.5 体系平衡的判断及平衡体系 86
5.2.6 界面相互作用模型的构建及模拟细节 87
5.3 组分比对体系组分分布和性质的影响 88
5.3.1 共混体系中不同组分的浓度分布 88
5.3.2 静态力学分析 90
5.3.3 自由体积分数 92
5.3.4 共混体系中的聚合物分子链的动态特性 92
5.3.5 X射线衍射模拟 94
5.4 摩擦性能分析 96
5.4.1 摩擦性能的模拟 96
5.4.2 样品制备及磨损实验 98
5.5 纳米二氧化硅作用机理的界面分析 100
5.5.1 界面结合能 100
5.5.2 相互作用的本质 101
5.6 本章小结 104
参考文献 104
第6章 PVA/PAM共混体系中纳米二氧化硅粒子团聚行为 106
6.1 引言 106
6.2 粗粒化处理和相互作用参数 106
6.2.1 粗粒化处理 106
6.2.2 相互作用参数 107
6.3 纳米二氧化硅团聚的动力学过程及模型的平衡判断 108
6.3.1 纳米二氧化硅团聚的动力学过程 108
6.3.2 模型的平衡判断 110
6.4 不同因素对纳米二氧化硅粒子团聚行为的影响 111
6.4.1 纳米二氧化硅粒子含量的影响 111
6.4.2 聚合物组分比的影响 113
6.4.3 温度的影响 115
6.4.4 剪切速率的影响 117
6.5 本章小结 119
参考文献 119
第7章 SA/PVA共混水凝胶基体材料的改性与性能研究 121
7.1 引言 121
7.2 模型构建和模拟细节 122
7.2.1 模型构建 122
7.2.2 模拟细节和平衡模型 123
7.3 材料和实验 124
7.3.1 材料 124
7.3.2 SA/PVA共混水凝胶支架的制备 125
7.3.3 实验表征方法 125
7.4 结果与讨论 126
7.4.1 SA与PVA的相容性 126
7.4.2 力学性能 127
7.4.3 水凝胶微结构 129
7.4.4 分子间相互作用 131
7.4.5 共混水凝胶的可打印性 133
7.5 本章小结 134
参考文献 135
第8章 PLA/PCL基体材料的共混改性与性能研究 138
8.1 引言 138
8.2 模型和模拟细节 139
8.2.1 高分子链模型 139
8.2.2 PLA/PCL共混分子模型 139
8.2.3 模拟细节和平衡模型 140
8.3 材料和实验 141
8.3.1 材料 141
8.3.2 实验 141
8.4 结果和讨论 142
8.4.1 结合能分布 142
8.4.2 共混体系中分子链间的相互作用 143
8.4.3 力学性能 144
8.4.4 共混体系的表面形貌 145
8.4.5 共混物的可打印性 146
8.4.6 热力学分析 148
8.5 本章小结 150
参考文献 151
第9章 PLA/CMC基体材料的共混改性与性能研究 154
9.1 引言 154
9.2 模型和模拟细节 155
9.2.1 分子链模型 155
9.2.2 PLA/CMC共混模型及模拟细节 155
9.2.3 耗散粒子动力学模拟 157
9.3 实验部分 157
9.3.1 材料 157
9.3.2 复合线材的制备及FDM打印 158
9.3.3 实验表征方法 158
9.4 结果和讨论 159
9.4.1 相互作用参数 159
9.4.2 分子间相互作用 160
9.4.3 介观形貌和密度分布 162
9.4.4 自由体积分数和分子链运动 164
9.4.5 静态力学性能分析 165
9.4.6 结合能分析 167
9.4.7 拉伸测试和失效分析 169
9.5 本章小结 171
参考文献 171
第10章 CNT对PLA基体材料改性及增强机理 174
10.1 引言 174
10.2 模型和模拟细节 175
10.2.1 PLA和CNT的分子模型 175
10.2.2 模拟细节及PLA/CNT的平衡模型 176
10.3 结果和讨论 178
10.3.1 组分的浓度分布 178
10.3.2 自由体积分数 179
10.3.3 体系中PLA分子链的迁移 180
10.3.4 拉伸性能 181
10.3.5 分子间相互作用 183
10.4 本章小结 185
参考文献 186