链状流体的密度泛函理论

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近年来,密度泛函理论(DFT)成为了研究非均匀流体的结构和热力学性质广为采用的理论方法。本文以链状流体系统为研究对象,应用DFT对其在各种外场中的密度分布以及其它热力学性质和构型性质等进行了广泛的研究。并采用MonteCarlo(MC)计算机模拟对理论进行了验证。 本文首先应用DFT方法研究了硬球链流体在球形固体颗粒周围的密度分布以及硬球链流体在有结构的化学表面的密度分布。计算表明,理论预测和MC模拟结果吻合很好。上述两种模型可以分别作为研究聚合物对胶体颗粒之间相互作用力影响的简化模型和聚合物在有结构的化学表面所形成的形态的研究。 通过对非均匀方阱链流体中吸引和排斥剩余自由能分别采用不同加权密度下均匀流体的排斥和吸引剩余自由能近似之,得到了改进的加权近似DFT方法。改进后的理论预测除了长链流体在相变温度附近和模拟结果有一定偏差,对不同链长的方阱链流体在广阔的对比温度和不同的流体与壁面吸引强度范围内给出了精确的预测效果。在此基础上,我们由理论计算得到的密度分布研究了狭缝体系中非均匀方阱链流体的分配系数和压缩因子,得到了满意的预测效果。以平衡态密度分布作为单链模拟的输入,研究了方阱链流体的质心分布、均方末端距分布和回旋半径分布。 在改进的加权密度近似的基础上,结合链状混合物流体的偏分子剩余自由能密度近似非均匀流体的剩余自由能密度的方法,得到了均聚方阱链状混合物流体的DFT。由理论计算得到了混合物在平行狭缝中的链节密度分布和各种分配系数,通过与MC模拟结果比较表明,该方法对均聚混合物系统也是非常准确和有效的。理论成功地预测到了在壁面对链节有吸引作用时混合组分中长链流体将在壁面上被优先吸附。 分别在简单加权近似和改进的加权密度近似的基础上,结合链状混合物流体的偏分子剩余自由能密度近似非均匀流体的剩余自由能密度的方法,得到了共聚硬球链和共聚方阱链非均匀流体的近似泛函。并应用DFT方法研究了两嵌段和交替共聚物在平行狭缝中链节的密度分布和浓度分布,理论预测和MC模拟结果吻合良好。该理论为我们研聚合物在各种表面的性质和实际应用提供了强有力的理论研究方法。
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