范德华和静电相互作用下的二元粒子自组装的计算机模拟

范德华和静电相互作用下的二元粒子自组装的计算机模拟

在盐溶液中,或含有带电或被极化的小分子的溶液中,纳米粒子可自组装形成丰富的结构。然而,过去的研究并没有清楚地阐述静电排斥效应在粒子自组装过程中发挥的作用。

在多组分体系中,普遍存在着静电作用和范德华作用,二者之间的相互竞争导致纳米粒子形成了复杂的结构,粒子动力学模拟的方法可以从微观尺度上帮助人们深入理解复杂纳米结构的一般性形成机理。本文运用简单的粗粒化模型研究了二元粒子的协同自组装,其中,一种粒子带有电荷。

二元组份间的协同效应可通过二者之间的强交叉作用体现出来。对于具有强交叉相互作用的二元体系,粒子可自发组装成多种结构,如球形结构、堆叠层状结构与管状结构,这些结构的形成与粒子尺寸和粒子间的作用强度相关。

进一步研究发现,这些特殊结构的自组装特性可以采用两亲性分子或两嵌段聚合物的组装规则加以解释。为了与实际研究相对应,我们将反电荷粒子引入模拟体系,使整个体系呈电中性。

与之前的模拟结果比较发现,各结构在相图中所处的区域发生一定偏移,这主要是体系中排斥作用和吸引作用间的竞争关系发生了变化所引起的。针对具有强交叉作用的多组份体系,上述研究结果有助于理解复杂纳米结构的形成机理,可有效预测二元体系中粒子的协同自组装结构。