电纺聚砜咪唑膜的分子动力学与DFT计算研究

发布时间：2024-02-26 19:20

　　采用分子动力学模拟和密度泛函理论(DFT),通过径向分布函数、弱相互作用以及能量分析,提出静电纺丝静电场作用下聚砜咪唑(ImPSf)的二甲基甲酰胺(DMF)溶液成膜过程中离子簇的形成机制.与浇铸条件下Cl^-桥联咪唑功能基团不同,在电纺条件下,DMF偶极矩增大,DMF与咪唑功能基团的氢键作用增强,DMF挥发时带动功能基团向相界面运动,倾向于在纤维表面聚集形成离子通道.静电场作用还可以打破咪唑功能基团与聚砜主链之间的π-π堆叠吸引作用,从而促进功能基团形成微观相分离,提高膜的电导率.

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【部分图文】：

图1ImPSf中功能基团聚集情况

在溶液挥发成膜过程中,ImPSf中的咪唑功能基团聚集成为离子簇,从而形成离子通道,而溶液中的溶剂DMF和平衡离子Cl-以及静电场均会对该过程产生影响.COMPASSⅡ力场中,咪唑功能基团的N原子力场类型均为n3a+d,整个环以共轭形式存在,因此径向分布函数分析过程不作区分.图1(....

图2浇铸条件下咪唑功能基团与DMF

带正电的咪唑功能基团间会相互排斥,因此,进一步分析了溶液中DMF和Cl-对咪唑功能基团聚集的影响.对DMF与ImPSf之间进行径向分布函数计算,如图2所示.DMF在咪唑功能基团附近的分布呈现一定的规律.溶剂DMF中的O原子距离咪唑基团最近,约为0.45nm,其次为C原子,距离为....

图3不同条件下咪唑功能基团-O(DMF)

静电场会增强DMF与ImPSf之间的相互作用.图3所示为咪唑功能基团与DMF中O原子径向分布函数及配位数图.在浇铸条件下,第一个高峰出现在0.48nm附近,强度略大于1,在0.6nm处配位数为4;当静电场强度小于1.5×10-2V/nm时,在0.3nm处出现一个小峰;而当....

图4Cl-对咪唑基团的作用

作为ImPSf-DMF溶液中的平衡离子,Cl-与咪唑功能基团也存在较强的静电作用.图4(a)为咪唑功能基团与Cl-之间的径向分布函数.可见Cl-与咪唑功能基团结合位置约为0.38nm,峰高远远大于DMF与咪唑功能基团之间的径向分布函数,咪唑功能基团聚集时相互之间距离也更远(....

本文编号：3911735