动态键型凝胶自修复行为的Monte Carlo模拟

doi:10.7503/cjcu20170669

高等学校化学学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (2): 367.doi: 10.7503/cjcu20170669

动态键型凝胶自修复行为的Monte Carlo模拟

刘洪婉¹, 魏芳¹, 万丽¹, 顾芳¹(), 王海军^1,^2,³()

1. 河北大学化学与环境科学学院
2. 河北省化学生物学重点实验室
3. 教育部药物化学与分子诊断重点实验室, 保定 071002

收稿日期:2017-10-11 出版日期:2018-02-10 发布日期:2018-01-11
作者简介:联系人简介: 顾芳, 女, 博士, 副教授, 主要从事高分子凝聚态理论研究. E-mail: fanggu@hbu.edu.cn; 王海军, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事高分子凝聚态理论研究. E-mail: whj@hbu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21374028, 21306034)、河北省自然科学基金(批准号: B2014201103)、河北省高层次人才资助项目(批准号: A2016015001)、河北省青年拔尖人才项目和河北省普通高校青年拔尖人才计划项目(批准号: BJ2017017)资助

Monte Carlo Simulation on the Self-healing of Dynamic Bond-based Gel^†

LIU Hongwan¹, WEI Fang¹, WAN Li¹, GU Fang^1,^*(), WANG Haijun^1,^2,^3,^*()

1. College of Chemistry and Environmental Science
2. Chemical Biology Key Laboratory of Hebei Province
3. Key Laboratory of Medicinal Chemistry and Molecular Diagnosis, Ministry of Education,Hebei University, Baoding 071002, China

Received:2017-10-11 Online:2018-02-10 Published:2018-01-11
Contact: GU Fang,WANG Haijun E-mail:fanggu@hbu.edu.cn;whj@hbu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.21374028, 21306034), the Natural Science Foundation of Hebei Province, China(No.B2014201103), the Project for Talent Engineering of Hebei Province, China(No;A2016015001), and the Project for Top Young Talent of Hebei Province and that for General Colleges of Hebei Province, China(No.BJ2017017)

摘要/Abstract

摘要：

根据动态键型自修复凝胶的结构特征构建了凝胶断面的格气(Lattice-gas)模型, 并利用Monte Carlo模拟方法对其自修复过程进行研究. 基于格气模型与Ising模型的等价性指出动态键型凝胶的自修复行为在本质上是一个相变过程, 并根据自修复过程中的比热变化进行证明, 进而确定临界联结分数. 模拟了不同条件下凝胶的自修复行为, 重点考察了联结强度、合作效应及断面间距对自修复行为的影响.

关键词: 自修复凝胶, 动态键, 格气模型, 相变

Abstract:

Lattice-gas model is proposed to describe self-healing process occurring on the cross-sections of a dynamic bond-based gel. The equivalence between lattice-gas and Ising models makes the self-healing process can be identified as a first-order thermodynamic phase transition. This is confirmed by the specific heat obtained by the Monte Carlo simulation on the self-healing, and by which the critical association fraction is also determined. Furthermore, the significant effects of association strength of the dynamic bond, cooperation effect, and distance between cross-sections on the self-healing process are found, where the associating strength plays an important role. It is expected that the present result is helpful to the material design of self-hearable gel.

Key words: Self-healing gel, Dynamic bond, Lattice-gas model, Phase transition

中图分类号:

O631

TrendMD:

刘洪婉, 魏芳, 万丽, 顾芳, 王海军. 动态键型凝胶自修复行为的Monte Carlo模拟. 高等学校化学学报, 2018, 39(2): 367.

LIU Hongwan, WEI Fang, WAN Li, GU Fang, WANG Haijun. Monte Carlo Simulation on the Self-healing of Dynamic Bond-based Gel^†. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(2): 367.

图/表 5

Fig.1 Schematic picture of the bottom cross-section of a cut dynamic bond-based self-healing gel

Fig.2 Specific heat(ΔC) and association fraction(f) against βμ with different μ/Jμ/J: a. 5; b. 10; c. 25.

Fig.3 Plots of f against βμ under various conditions(A) δ=0.5 at differentμ/J; (B) μ/J=10 at differentδ.

Fig.4 Plots of f against μ/J under various conditions(A) δ=0.5 at different βμ; (B) βμ=6.0 at different δ.

Fig.5 Plots of f against δ under various conditions(A) μ/J=10 at different βμ; (B) βμ=6.0 at differnet μ/J.

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