两组分聚合物相分离的分子动力学模拟研究

"高分子相分离的分子动力学模拟 (2006年)" 这篇论文探讨了高分子相分离过程的分子动力学模拟，主要集中在两组分聚合物共混体系中相分离的动力学行为。作者通过使用粗粒化分子动力学（Coarse-Grained Molecular Dynamics, CG-MD）模拟技术，揭示了相分离的不同阶段及其特征。 在相分离初期，研究发现相区的尺寸保持稳定，并不会随着时间的增加而发生变化。这表明在这个阶段，系统的结构演化尚未达到显著的程度，可能是因为相互作用的能量平衡尚未被打破。 进入相分离的中期，相区的尺寸与时间呈现出良好的标度关系，其标度指数α等于1/3。这个结果与Lifshiz-Slyozov理论预测的扩散主导的蒸发-凝聚机制相吻合。Lifshiz-Slyozov理论是描述多相系统中均匀成核和生长的经典理论，其中1/3的标度指数反映了在扩散控制的相分离过程中，不同相之间的边界以幂律方式扩展。 到了相分离的后期，体系最终实现宏观相分离，此时相区的尺寸不再随时间改变，标志着系统已经达到了一种动态平衡的状态。值得注意的是，体积分数较小的高分子链在相分离过程中经历了一个收缩-扩张的过程。在宏观相分离完成之后，这些高分子链的尺寸又恢复到初始的本体状态尺寸，暗示了高分子链的动态响应与相分离的进程密切相关。 论文还提到了相分离的两种主要方式进行：成核生长和自发分相（Spontaneous Spinodal Decomposition, SD）。成核生长通常发生在相图的亚稳区域，而自发分相则在不稳定区域发生，由浓度涨落驱动。相分离的三个时间区间被详细分析，包括扩散机制主导的前期和中期，以及流体力学相互作用主导的后期，每个阶段都有不同的动力学规律和标度指数。 此外，论文中提到的二维情况下相区尺寸的增长规律，如α可能为1/2或2/3，这进一步丰富了对二维相分离动力学的理解。这项工作对于理解高分子共混体系的微观行为、预测宏观性质以及优化材料设计具有重要意义，同时也为后续的实验和理论研究提供了基础和指导。 关键词：高分子相分离，结构因子，相区尺寸，分子动力学模拟，粗粒化分子动力学，Lifshiz-Slyozov理论，自发分相，扩散机理，流体力学相互作用。