1。2  分子模拟在高分子材料中的应用

高分子材料通常指的是以高聚物为基体，通过改性、复合等手段制备，满足人们生产生活需要的一大类材料，主要有塑料，纤维，橡胶和胶黏剂几个种类，不仅是我们日常生活中最为常见的材料之一，而且随着对高分子材料微观结构的深入研究与探索，高分子材料在高新科技，航天航空，国防军事等方面也正在扮演着越来越重要的角色。

随着高分子这门学科的不断发展，科学家渴望从微观的角度了解高分子内部结构的机理，从而解释高分子所具有的独特性能，并在此基础上进一步发展和创造具有特定功能的高分子材料。但是，由于高分子体系本身的复杂性，通过实验的方法进行研究的手段有限而且工作量很大。随着计算机软硬件的迅猛发展，计算机模拟已经成为一门新型的交叉学科[12]，几乎涵盖了高分子科学的各个领域，对高分子的不同尺度下的性质研究，也建立起了一系列成熟的模拟方法。在微观方面，常用的计算机模拟方法有分子动力学（MD）、蒙特卡洛法（MC）、布朗运动学等[13]。

1。3  本文研究意义，背景，方法

聚乙烯是最常见也是最简单的一种高聚物，聚乙烯链由结构单元—（CH2—CH2）—组成，结构简单，便于计算，但在生产生活中由于其易于制备，工艺成熟，用途也十分广泛，因此通过对聚乙烯单链及其凝聚态的分子动力学模拟，模拟聚乙烯单链的尺寸特点，研究其构象势能随温度的变化规律及机理，计算不同温度下聚乙烯单链凝聚态的力学性能，以发现其力学性能的变化特点

华东理工大学的张海洋[14]利用分子动力学模拟对高密度聚乙烯的结构和性能进行实验研究，分别考察了聚乙烯分子量及分布，支链含量，支链长度，支链沿分子量的分布及降温速率等因素对聚乙烯结晶过程中形态，结晶速率和结晶度的影响。作者选择了Gromacs分子动力学软件进行结晶过程的模拟，选择DREIDINGⅡ力场，采用的是NVT系宗，模拟中的温度和实验中的温度有一定差别，体系以不同降温速率从800K到300K降温，当温度降到了300K，让体系在300K温度下继续运动4ns，得到了结晶的聚乙烯。南开大学的沈荣欣[15]等人以单链聚乙烯为例，研究了多种对高分子体系进行分子动力学模拟的方法。笔者选择不同的方法以聚乙烯为例进行模拟。选择分子力学方法，以AMBER和OPLS力场进行计算。从以上工作可以看出，在对聚乙烯分子动力学模拟的过程中，力场的选择，周期性边界条件的划定都会对模拟结果产生不同的影响，我们应该从中找到最适合的组合，才能达到最佳的模拟效果。陈彦等人[16]用分子动力学方法研究了单链聚乙烯在不同温度（100K，200K，300K，400K，500K）下的结晶过程，并用能量和结构参数进行了描述。结果表明伸直分子链的结晶过程都经历了三个阶段，首先是伸直链的卷曲与聚集，然后通过链段的排列形成规则的片晶结构，最后是结晶形成的片晶在结构和能量上的涨落变化。最后模拟的单链，随着结晶温度的降低而形成了较厚的片晶，在该行为与聚乙烯本体结晶中片晶厚度对结晶温度的依赖性相反，在有序化阶段和之后的片晶调整运动阶段，分子链线条的回转半径基本保持不变，与宏观多链体系的结果相同。文献综述

通过总结他人的工作，结合本课题的研究方向，本文首先运用MS软件构建在真空条件下聚合物单体，研究了不同单体不同构象的势能变化，希望可以从能量变化的角度比较聚乙烯单链与聚丁二烯单链之间柔性差异的原因;其次，运用MS软件建立模型，然后进行分子动力学模拟找到能量最低形态的样本后，装入到虚拟的盒子里，再次进行分子动力学模拟找到最终能量最低形态的模型，分别经Anderson[17]控温和Parrinello[18]控压及NVT、NPT系综下，CAMPASS[19]力场模拟分别研究其分子动力学行为。判别298K下凝聚态聚乙烯高低压下体系的平衡，以及在不同温度下对凝聚态聚乙烯进行分子动力学模拟，研究聚乙烯链尺寸（均方末端距和均方旋转半径）随温度的变化规律以及凝聚态的力学性能随温度的变化规律。