各向异性粒子的计算机设计及其组装结构的模拟.pdfVIP

第 65卷 第 7期 化 工 学 报 、，o1．65NO．7 2014年 7月 CIESC Journal July 2014 臻速写 ) ] ：： j 3 3 3 ：： 3 3 ) )] 3 ： 3j 各向异性粒子的计算机设计及其组装结构的模拟 郭若海，燕立唐 (清华大学化学工程系，先进材料教育部重点实验室，北京 100084) 摘要：通过对各向异性粒子表面 “补丁”的类型、数量、位置等因素进行设计和调控，研究了各向异性粒子的定 向可控 自组装。对表面修饰的球、棒等粒子的自组装行为模拟表明，其组装结构取决于粒子本身的各向异性及表 面 “补丁”的性质，并且可以通过合理设计得到 目标微结构。如果使用动态共价键将分子链接枝到粒子表面，可 以得到具有动态响应性质及有序组装结构的 “智能”材料。另外，基于生物分子螺旋结构的仿生设计，在粒子表 面设计修饰上特定的互补的 “补丁”对，得到了可调整螺距和半径的螺旋组装结构，可用于制备具有不同催化或 光学活性的手性材料。这些研究表明，通过合理设计粒子表面性质，可以制备出具有特定 目标结构和性质的粒子 组装结构，极大地拓宽了纳米粒子、胶体粒子在生物、医药和光电器件材料等方面的应用范围。 关键词：计算机模拟；纳米粒子；胶体；补丁粒子；自组装 DOh 10．3969~．issn．0438—1157．2014．07．013 中图分类号：TQ311 文献标志码：A 文章编号：0438—1157(2014)07—2513—07 Rationaldesignandcomputersimulationofpatchyparticleself-assembly GUO Ruohai，YANLitang (KeyLaboratoryofAdvancedMaterials，MinistryofEducation，DepartmentofChemicalEngineering， TsinghuaUniversity，Beoing100084，China) Abstract：Usingcomputersimulations，thecontrolledsel~assemblyofaseriesofpatchyparticlesthroughrational designofvariousparametersofthesurfacepatcheswasinvestigated，suchasnumberofpatches，positionof patchesandpatch—patch interactions．Thesimulationoftheself-assemblyofspheresandrodswith different surfacepropertiesindicated thatthe obtained morphologiesdepend on theanisotropy ofparticle and the arrangementsandtypesofpatches．Byharnessingdynamiccovalentbondsbetweenparticlesandpatches，anovel classofstructureswithorderedself-assemblyandresponsivepropertieswasobtained．Inaddition，inspiredbythe sophisticatedbiologicalhelices，largeheliceswith tunable structuralmetricsand opticalresponsewerealso obtained．Theseresultsshowedthatthetargeted，precisean