试议表面张力分子模拟策略在表面活性剂系统中运用址

摘要：本论文以分子力学力场为核心，探讨分子模拟策略在复杂表面活性剂系统中的运用。本工作主要涉及基于常见表面活性剂系统的TEAM力场开发，以及分子模拟在表面活性剂系统中的运用。利用到的计算策略主要有量子化学以头计算策略，分子动力学策略。这些探讨工作主要包括：1.为了建立一套具备可迁移性的的分子力场（TEAM力场），我们以量子化学策略出发，探讨各种常见官能团对周边化学环境的影响。通过拟合量子化学计算得到的数据我们确定了TEAM力场的键参数以及电荷参数；然后通过拟合纯态液体的蒸发焓和密度实验数据，确定了范德华参数。这样得到的TEAM力场具有很好的扩展性和可迁移性，对纯态简单系统的热力学性质有比较好的描述。2.表面活性剂是一种具有亲水和亲油基团的分子，以其独特的性质广泛运用于日常生活和工业生产中，如洗涤剂，食物制造，化妆品技术和大规模石油提炼等。表面活性剂在气液界面上的行为，降低表面占张力的能力直接决定了它的效用，由此是探讨表面活性剂系统的重点。为了建立一套能够很好描述常见表面活性剂系统的力场，我们在TEAM力场的基础上，通过调节表面活性剂分子个别原子与水的相互作用项参数，弥补由于水的极化带来的额外作用，以而建立了一套以TEAM力场为核心的新力场。用这套力场可以很好的预测平衡浓度下，常见表面活性剂系统的表面张力，以而比较准确的描述这种复杂系统。这部分工作也为以后表面活性剂系统的探讨打下了基础。3.表面活性剂/水/表面活性剂组成的薄膜的稳定性在工业运用以及科学探讨方面都是热点之一。由于系统的特殊性，实验很难完成所有的探讨，而这在论述计算方面却是很好的模型系统。我们通过建立拉伸模型，直接模拟具有表面活性剂系统薄膜的破裂历程，以能量的浅析可以得出破裂的位置，计算临界厚度大小；通过结构，动力学等方面的浅析，我们提出了不同表面活性剂系统薄膜破裂的不同机理。最后我们也模拟了混合表面活性剂系统的破裂，作为探讨探讨的一部分，发现两种表面活性剂混合能产生互补的作用，提升薄膜稳定性能，这与实验的数据也有一定的相关。4.在工业运用方面，预测表面活性剂性能具有广阔的前景。我们通过计算表面活性剂分子一系列的热力学性质，通过简单的函数直接拟合实验的泡沫性能，得到了比较好的相关。依靠这种策略，我们可以以论述模拟的角度预测一种新的表面活性剂分子的性能好坏，这将对实际工业生产提供很大帮助。关键词：分子力学力场论文分子模拟论文表面活性剂论文表面张力论文薄膜论文

摘要5-7

ABSTRACT7-11

第一章 绪论11-38

1.1 分子模拟的基本原理11-27

1.1.1 量子化学的基本原理11-15

1.1.2 分子力学力场15-25

1.1.3 力场的参数化25-27

1.2 基于分子力学力场的模拟策略27-36

1.2.1 分子动力学模拟28-30

1.2.2 蒙特卡罗策略30-32

1.2.3 分子动力学模拟计算自由能32-34

1.2.4 分子动力学模拟计算表面张力34-36

1.3 本论文的探讨目的、内容和策略36-38

第二章 常见表面活性剂力场的开发38-48

2.1 探讨背景介绍38

2.2 探讨策略与模型38-41

2.3 实验结果与讨论41-47

2.3.1 TEAM 力场的验证41-43

2.3.2 EO 力场的校正43-44

2.3.3 阴离子表面活性剂的校正44-47

2.4 本章小结47-48

第三章 分子模拟策略探讨牛顿黑膜的稳定性48-66

3.1 探讨背景介绍48-49

3.2 探讨策略与模型49-52

3.2.1 模拟模型49-51

3.2.2 模拟策略51-52

3.2.3 实验部分52

3.3 结果与讨论52-65

3.3.1 表面张力52-54

3.3.2 吉布斯弹性系数（GEC）54-55

3.3.3 密度分布曲线55-60

3.3.4 动力学性质60-62

3.3.5 破裂机理62-64

3.3.6 混合效应64-65

3.4 本章小结65-66

第四章 分子模拟策略预测起泡性能66-74

4.1 探讨背景介绍66

4.2 探讨策略与模型66-69

4.2.1 探讨目的与对策66-67

4.2.2水合能的计算67-68

4.2.3 APM 的计算68-69

4.3 结果与讨论69-72

4.3.1 相关浅析中用到的数据表格69-70

4.3.2 参数浅析70-71

4.3.3 整体拟合71-72

4.4 本章小结72-74

第五章 全文总结74-76