以分子動力學研究稀薄水溶液系統中聚甲基丙烯酸之構形演變

Abstract

藉由全原子模型的分子動力學模擬，我們研究一稀薄水溶液中PMAA(poly (methacrylic acid))聚電解質在不同帶電荷密度及離子價數下的構形演變。模擬中實際加入了水分子的計算。我們首先透過環動半徑(Rg)計算，發現不添加離子的系統中，PMAA的構形會受到電荷密度及高分子立體組態(tacticity)的影響。此外，藉由逕向分佈函數分析和形貌圖形觀察，我們發現水分子與COO-之間的平衡距離比一般氫鍵小，證明兩者之間存在強大的交互作用力，水分子藉由此作用力會在高分子鏈上產生特殊吸附排列行為，進而對聚電解質局部構形產生很大的穩定作用。當系統中加入金屬離子時，高分子的構形會隨離子價數提升而趨向蜷曲，導因於離子價數提高時，凝聚至高分子鏈上的離子比例會增加，並且產生的架橋效應比例也會提升。我們同樣發現水分子所扮演的重要角色，研究中發現在高價離子系統中，離子的架橋效應可透過水分子居中吸附而達成，此時距離較遠的COO-便可利用此架橋機制相互連結。除此之外，我們針對不同吸附條件下的水分子進行動態行為分析，結果發現當水分子被COO-或離子吸附時，會使水分子整體的擴散變得緩慢，並使氧原子和氫原子的振動頻譜產生改變。