“非理想高分子鏈的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變”重大項(xiàng)目指南
2009-01-23 來(lái)源:國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)
關(guān)鍵詞:
在解決能源、水資源、公共健康、信息、國(guó)家安全等領(lǐng)域所面臨諸多重大問(wèn)題中,迫切需要發(fā)展新型功能高分子材料以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。高分子材料的快速發(fā)展依賴(lài)于高分子科學(xué)理論的建立、發(fā)展和應(yīng)用。將真實(shí)復(fù)雜的長(zhǎng)鏈狀高分子簡(jiǎn)化為電中性理想高斯鏈,是人們長(zhǎng)期以來(lái)理解高分子材料物理性能的理論基礎(chǔ)。然而,許多新型功能高分子都無(wú)法用理想高斯鏈模型進(jìn)行理論處理。在非理想高斯鏈中,帶電高分子和半剛性高分子體系具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。帶電高分子的凝聚態(tài)屬于人們所知最少的體系之一,其困難在于人們?cè)诶碚摵蛯?shí)驗(yàn)上尚無(wú)法準(zhǔn)確描述其內(nèi)在的介電性質(zhì)非均勻性和長(zhǎng)程靜電相互作用。深入研究帶電高分子的構(gòu)象和凝聚態(tài)不僅對(duì)眾多功能體系的調(diào)控有指導(dǎo)作用,而且將有助于認(rèn)識(shí)帶電生物大分子的復(fù)雜行為。目前發(fā)展基于半剛性共軛高分子的光電高技術(shù)(如柔性光伏電池)是競(jìng)爭(zhēng)非常激烈的國(guó)際前沿研究領(lǐng)域。共軛高分子的理性設(shè)計(jì)與合成亟需理論上的突破。通過(guò)精確調(diào)控共軛高分子多相凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效柔性光伏電池,則要求對(duì)半剛性高分子的溶液和凝膠性質(zhì)、本體中的鏈運(yùn)動(dòng)和相轉(zhuǎn)變有深入了解。開(kāi)展半剛性和帶電高分子體系的研究是國(guó)際上高分子凝聚態(tài)物理的重要方向之一,是高分子物理學(xué)科發(fā)展的新機(jī)遇,同時(shí)也對(duì)提高我國(guó)高分子材料發(fā)展的原創(chuàng)能力有非常重要的意義。
一、科學(xué)目標(biāo)
突破現(xiàn)有理論框架,超越高斯鏈,發(fā)展非理想鏈模型以描述半剛性高分子鏈的化學(xué)細(xì)節(jié)及介電性質(zhì)的非均勻性。發(fā)展合理有效的理論方法和模擬方法,著重處理帶電高分子和半剛性高分子兩類(lèi)典型的非理想鏈,闡明鏈構(gòu)象與靜電作用及凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的耦合機(jī)制。結(jié)合理論研究的進(jìn)展,在實(shí)驗(yàn)上深入考察帶電高分子和半剛性高分子的構(gòu)象及凝聚態(tài)行為,認(rèn)識(shí)其亞穩(wěn)態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)及生成動(dòng)力學(xué),并追蹤不同亞穩(wěn)態(tài)之間以及亞穩(wěn)態(tài)到平衡態(tài)的多尺度結(jié)構(gòu)演化行為及規(guī)律,從而獲得構(gòu)造二維及三維高分子功能結(jié)構(gòu)的有效策略。
二、研究?jī)?nèi)容
(一)電中性半剛性高分子統(tǒng)計(jì)理論與動(dòng)力學(xué)模擬。
引入非理想鏈模型,發(fā)展超越高斯鏈的自洽場(chǎng)理論和動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模擬方法,如利用利用蠕蟲(chóng)狀鏈模型并結(jié)合路徑積分方法,或從全原子模型出發(fā),用旋轉(zhuǎn)異構(gòu)態(tài)計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)得到高分子鏈段的相關(guān)物理參量,對(duì)電中性半剛性高分子的多尺度結(jié)構(gòu)與相轉(zhuǎn)變進(jìn)行深入研究,探索共軛高分子鏈構(gòu)象和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)耦合的問(wèn)題。
(二)帶電聚合物鏈構(gòu)象與靜電作用的耦合機(jī)制。
針對(duì)帶電高分子的特點(diǎn),發(fā)展合理有效的標(biāo)度理論、平均場(chǎng)理論、波爾茲曼格子理論,以及蒙特卡羅動(dòng)力學(xué)、朗之萬(wàn)動(dòng)力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)、多粒子碰撞動(dòng)力學(xué)和布朗動(dòng)力學(xué)等計(jì)算機(jī)模擬方法,研究并闡明聚電解質(zhì)鏈構(gòu)象與靜電作用的耦合機(jī)制,并推廣到研究生物大分子之間的復(fù)雜帶電組裝體的行為。
(三)帶電高分子溶液構(gòu)象與凝膠行為實(shí)驗(yàn)研究。
系統(tǒng)研究帶電高分子的持久長(zhǎng)度、抗衡離子分布、分子鏈剛性化與聚電解質(zhì)塌陷、電荷反轉(zhuǎn)、復(fù)合物形成等問(wèn)題。考察帶電高分子的稀溶液、亞濃和濃溶液性質(zhì),以及凝膠行為,認(rèn)識(shí)靜電長(zhǎng)程相互作用和分子鏈的多重且高差異性結(jié)構(gòu)等因素對(duì)亞穩(wěn)態(tài)的影響,驗(yàn)證理論及模擬結(jié)論的合理性,同時(shí)發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象以促進(jìn)理論工作的深入開(kāi)展。
(四)半剛性鏈凝聚態(tài)的生成機(jī)理與結(jié)構(gòu)調(diào)控。
研究半剛性高分子體系的多尺度凝聚態(tài)相轉(zhuǎn)變,認(rèn)識(shí)其亞穩(wěn)態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)及生成動(dòng)力學(xué),發(fā)展條件溫和、形態(tài)構(gòu)建功能強(qiáng)大、可預(yù)先設(shè)計(jì)和可控的優(yōu)點(diǎn),適合于對(duì)共軛高分子薄膜進(jìn)行形態(tài)后調(diào)控方法,通過(guò)控制動(dòng)力學(xué)路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)特定高分子復(fù)雜功能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控。
三、資助年限 4年(2010年1月至2013年12月)
四、資助經(jīng)費(fèi) 1000萬(wàn)元
五、申請(qǐng)注意事項(xiàng)
申請(qǐng)書(shū)的資助類(lèi)別選擇“重大項(xiàng)目”,亞類(lèi)說(shuō)明選擇“項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)”或“課題申請(qǐng)書(shū)”,附注說(shuō)明選擇“非理想高分子鏈的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變”。
“項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)”中的“主要參與者”只填寫(xiě)各課題“申請(qǐng)人”相關(guān)信息;“簽字和蓋章頁(yè)”中“依托單位公章”蓋“項(xiàng)目申請(qǐng)人”所屬依托單位公章,“合作單位公章”蓋“課題申請(qǐng)人”所屬依托單位公章。
“課題申請(qǐng)書(shū)”中的“主要參與者”包括課題所有主要成員相關(guān)信息;“簽字和蓋章頁(yè)”中“依托單位公章”蓋“課題申請(qǐng)人”所屬依托單位公章,“合作單位公章”蓋合作單位的法人單位公章。
“項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)”和“課題申請(qǐng)書(shū)”應(yīng)當(dāng)通過(guò)各自的依托單位提交。
本項(xiàng)目由化學(xué)科學(xué)部、工程與材料科學(xué)部和數(shù)理科學(xué)部聯(lián)合提出,由化學(xué)科學(xué)部負(fù)責(zé)組織評(píng)審。詳情請(qǐng)見(jiàn):國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)關(guān)于發(fā)布“十一五”第三批國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目指南及申請(qǐng)注意事項(xiàng)的通告
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(責(zé)任編輯:洪文剛)
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