小分子气体在聚叔丁基乙炔中的扩散与溶解：分子动力学模拟研究

本文主要探讨了2012年发表在《西南大学学报(自然科学版)》的一篇研究论文，标题为“小分子气体在聚叔丁基乙炔中扩散溶解行为的分子动力学模拟”。作者通过对H2、O2、CO2、N2和CH4这几种小分子在聚叔丁基乙炔中的扩散和溶解过程进行分子动力学(MD)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法的模拟，深入研究了这些小分子在聚合物内部的扩散机制。研究发现，随着分子大小的减小，它们在聚合物中的运动范围增大，扩散系数也随之增加，这与自由体积理论的预测相吻合。 作者利用分子动力学模拟得出的扩散和溶解系数与实验数据有良好的一致性，进一步验证了扩散系数与分子有效直径之间的关系。这一研究成果对于理解小分子如何在聚合物中移动以及如何影响其在实际应用中的性能至关重要。通过计算得到的渗透系数与文献中实验测量值在同一数量级，证明了分子动力学和蒙特卡洛模拟是研究此类问题的有效工具。 在高分子材料领域，特别是膜分离技术中，气体分子在聚合物膜中的扩散和渗透行为对膜的性能有着决定性影响。由于实验方法在测量扩散系数时存在局限性，如与分子结构的直接关联性以及实验条件的限制，分子模拟技术的发展显得尤为关键。它不仅能提供预测性分析，还能弥补实验手段的不足，从而为设计高性能的气体分离膜、食品包装膜等提供了理论支持。 论文的应用范围广泛，包括但不限于聚酷亚胶类、聚硅类气体分离膜，聚乙烯和聚丙烯食品包装膜，聚二甲基硅氧烷渗透蒸发膜，以及CFT-30反渗透膜和聚氧化乙烯、Nafion等聚合物电解质膜的研究。聚叔丁基乙炔作为研究对象，其独特的性质使其在这些领域的应用中显示出重要的研究价值。 这篇论文通过分子动力学模拟深入探讨了小分子在聚叔丁基乙炔中的行为，不仅提供了理论依据，也为实际应用中的聚合物材料设计提供了科学指导，展示了分子模拟在高分子材料研究中的强大潜力。