补丁粒子组装超胶体螺旋的设计、结构和性能的计算模拟.pdfVIP

主题B高分子材料结构和性能 2014年10月12日-16日中国·成都 BP-17 补丁粒子组装超胶体螺旋的设计、结构和性能的计算模拟 郭若海，燕立唐+ (清华大学化学工程系高分子研究所，北京，100084) 补丁粒子(patchypanicles)是一类表面经过各向异性化学修饰的胶体粒子或纳米粒子， 这类粒子在各向异性的相互作用下可以自底向上(boSom-up)组装形成各种有序的微米或纳 米多级结构。…补丁粒子多级组装结构的预测涉及复杂的熵、焓效应，是近年来新材料科学和 软物质科学研究领域的前沿性课题之一。尽管对于该类粒子在组装常规非手性结构方面的预 测已经有了许多研究工作，【23J但是对于其在手性螺旋结构构筑方面的研究并不多。事实上， 手性超胶体螺旋结构在光电器件、传感器、手性识别等方面都有着非常重要的用途。14j 固 至 匿 嗣a 图1 补丁粒子组装超胶体螺旋的设计及螺旋结构的调控 借鉴生物大分子精细的二级结构，例如蛋白质a螺旋和DNA双螺旋等，本文提出了采用 仿生设计的方法设计补丁粒子，以得到相应手性螺旋超结构的粒子设计途径，并在此基础上 设计了一类螺旋结构精确可控的补丁粒子体系(图1)。采用粗粒化的分子动力学模拟方法对 这类补丁粒子的组装行为进行了系统的研究，结果表明粒子可以形成长程、稳定的螺旋超结 构，并且可以通过调整粒子表面补丁的位置，控制螺旋的手性、半径和螺距等结构参数。进 一步对螺旋结构的形成机理进行研究，揭示了补丁粒子组装在理解超分子螺旋聚合机理方面 的重要潜在应用。将格子．玻尔兹曼方法(LBM)与分子动力学耦合，研究了剪切非平衡条件 下粒子的动态组装过程，表明剪切条件可以用来调整超胶体螺旋的取向和组装行为。最后， 使用离散偶极近似(DDA)的方法，计算了补丁粒子组装螺旋结构的圆二色谱，发现随着螺 旋结构参数的变化粒子体系在可见光范围表现出了独特的光响应性。这些研究结果为超胶体 手性结构的设计和制备奠定了基础，并且为该问题的研究提供了一条崭新的理论框架。【5j 主题B高分子材料结构和性能 2014年lO月12日一16日中国·成都 Predictive helicesfrom supracolloidaipatchyparticles GUO Ruohai,YAN Li-Tang ofAdvanced ofChemical (KeyLaboratory Materials(MOE)，DeparlmentEngineering，Tsinghua 1 University,Bering00084) of architecturesfrom andcolloidal Abstract：A皿oripredictionsupracolloidal nanoparticle isa inmaterials and intenseresearchinthis assemblychallenginggoal chemistryphysics．Despite lesshasbeenknownaboutthe scienceof helicesfrom area，much predictive supracolloidaldesigned n