索烃聚合物系统玻璃动力学性质的研究

The catenane polymer is interlocked by two or more than two ring polymer, which is a artificially synthesized functional material. The specific topological structure, i.e., mechanical bond, is possessed by catenane polymer in contrast to chain polymer and ring polymer. The investigation has found that the glassy dynamics of polymer is significantly affected by topological structure. Hence, based on our previous work, we will study the dense systematic glassy catenane polymer systems by the molecular dynamic simlation in this project, and the glassy dynamics (relaxation dynamics or heterogeneous dynamics and so on) of these systems will be analyzed. The mechanical bond of the catenane polymer will significantly affect the glassy dynamics of the system, which leads to novel glassy dynamic behaviour. attempts will be made to illuminate the physical mechanisms of these novel glassy dynamic behaviour by using mode coupling theory and nonlinear Langevin equation theory. The implement of this project is important to improve the synthesized rate of the catenane polymer.

索烃聚合物是由两个或两个以上的环形聚合物互锁在一起形成的，它是一种人工合成的功能材料。相比于链形聚合物和环形聚合物，索烃聚合物具有特殊的拓扑结构—机械键。研究发现，聚合物的拓扑结构对系统的玻璃动力学性质具有重要影响。基于此背景，本项目拟在前期工作的基础上，采用分子动力学模拟方法研究粘稠的系列玻璃型索烃聚合物系统，并对其玻璃动力学（弛豫动力学、非均匀动力学等）性质进行分析。索烃聚合物中的机械键将对系统的玻璃动力学性质产生重要的影响，并伴有奇异玻璃动力学行为的出现，我们将利用模耦合理论及非线性郎之万方程理论对这些奇异的玻璃动力学行为进行深入的研究，尝试阐明引起这些奇异行为的物理机制。该项目的实施对于提高索烃聚合物的合成率具有重要意义。

拓扑约束对聚合物系统的玻璃动力学性质具有重要影响。按照项目计划书及进展报告的研究内容，本项目主要采用分子动力学模拟对粘稠的系列玻璃型索烃聚合物系统进行玻璃动力学性质的研究。作为参照，同样对相应的环形聚合物系统的玻璃动力学性质进行了研究。利用模耦合理论对模拟得到的动力学量进行了分析。发现索烃聚合物的机械键能够使索烃聚合物的子环膨大，相比于环形聚合物系统，索烃聚合物系统在较高的温度下玻璃化，且具有较大的模耦合临界指数。机械键对索烃聚合物玻璃行为的影响随子环链长增加而减弱。对半柔性环形聚合物系统玻璃动力学性质的研究发现质心的玻璃化转变温度明显高于单体的玻璃化转变温度，即呈现出单体和质心玻璃化转变的分离。单体弛豫时间出现“fragility”玻璃行为向“strong”玻璃行为的转变。质心的玻璃化具有“fragility”玻璃行为，其模耦合临界指数及临界温度均随链内刚性强度增加。对索烃聚合物系统团簇玻璃动力学进行了探索，发现长子环链长的索烃聚合物系统即出现子环形成的玻璃团簇，又会出现整个索烃聚合物形成的玻璃团簇。当机械键数增大到一定值时，索烃聚合物形成的玻璃团簇将会消失。出现玻璃团簇的系统均展现出了团簇玻璃动力学性质。