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采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算

鲁桃 王瑾 付旭 徐彪 叶飞宏 冒进斌 陆云清 许吉

采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算

鲁桃, 王瑾, 付旭, 徐彪, 叶飞宏, 冒进斌, 陆云清, 许吉
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  • 双折射性是各种光学材料的重要性能之一,具有高双折射率的光学材料在诸多研究及工业领域的应用越来越广泛.然而,作为常用的光学薄膜及光波导材料之一的聚合物材料的双折射性通常却很弱,只能通过实验对其双折射率进行大致的表征,缺乏对其双折射率的系统性理论计算,从而限制了提高聚合物双折射性的研究.本文建立了从聚合物的单体分子结构到多分子链的系统性的双折射率理论计算方法,并借助此方法研究了导致聚合物弱双折射性的限制因素.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为研究对象,运用密度泛函理论研究了其本征双折射率,这里的本征双折射率是指分子链完全取向时其单体单元的双折射率.计算结果表明其本征双折射率高达0.0738左右,并且通过计算给出了PMMA单体单元的平均双折射率色散曲线.采用分子动力学方法研究了该聚合物(包含20个分子链)的材料双折射率.理论计算结果表明,尽管该聚合物具有较大的本征双折射率,但是由于聚合物中分子链取向度极低,聚合物材料最终表现出来的双折射率只有0.00052.本文建立的研究方法及研究结果为研究增强聚合物材料双折射性提供了理论依据.
      通信作者: 王瑾, jinwang@njupt.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61575096)和江苏省基础研究计划(批准号:BK20131383)资助的课题.
    [1]

    Beeckman J, James R, Fernández A F 2009 J. Lightwave. Technol. 27 3812

    [2]

    Niculescu E C, Burileanu L M, Radu A 2011 J. Lumin. 131 1113

    [3]

    Timoshenko V Y, Osminkina L A, Efimova A I 2003 Phys. Rev. B 67 113405

    [4]

    Xu Y 2013 Ferroelectric Materials and Their Applications (North-Holland:Elsevier) pp73-99

    [5]

    Elser J, Wangberg R, Podolskiy V A 2006 Appl. Phys. Lett. 89 261102

    [6]

    Zhan Q 2009 Adv. Opt. Photon. 1 1

    [7]

    Arabanian A S, Massudi R 2013 Appl. Opt. 52 4212

    [8]

    Smalley D E, Smithwick Q Y J, Bove V M 2013 Nature 498 313

    [9]

    Arakawa Y, Kuwahara H, Sakajiri K 2015 Liq. Cryst. 42 1419

    [10]

    álvarez J, Bettotti P, Kumar N, Suárez I, Hill D, Martínez-Pastor J 2012 SPIE BiOS San Francisco, USA, January 21-22, 2012 p821209

    [11]

    Ma H, Jen A K Y, Dalton L R 2002 Adv. Mater. 14 1339

    [12]

    Brown D, Clarke J H R 1991 Macromolecules 24 2075

    [13]

    Hayakawa D, Ueda K 2015 Carbohydr. Res. 402 146

    [14]

    Iwasaki S, Satoh Z, Shafiee H, Tagaya A, Koike Y 2013 J. Appl. Polym. Sci. 130 138

    [15]

    Iwasaki S, Satoh Z, Shafiee H, Tagaya A, Koike Y 2012 Polymer 53 3287

    [16]

    Hahn B R, Wendorff J H 1985 Polymer 26 1619

    [17]

    Grimme S, Antony J, Ehrlich S 2010 J. Chem. Phys. 132 154104

    [18]

    Parr R G, Yang W 1989 Density-functional Theory of Atoms and Molecules (New York:Oxford University Press) pp101-103

    [19]

    Salahub D R, Zerner M C 1989 The Challenge of d and f Electrons (Washington:ACS) pp165-179

    [20]

    Kusanagi H, Chatani Y, Tadokoro H 1994 Polymer 35 2028

    [21]

    Blythe A R, Bloor D 2005 Electrical Properties of Polymers (Cambridge:Cambridge University Press) pp37-58

    [22]

    Foresman J, Frish E 1996 Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods (USA:Pittsburg) pp39-40

    [23]

    Luo Q Q, Zheng C T, Huang X L, Wang X B, Zhang D M, Wang Y D 2015 Acta Photon. Sin. 44 0713001(in Chinese)[罗倩倩, 郑传涛, 黄小亮, 王希斌, 张大明, 王一丁2015光子学报44 0713001]

    [24]

    Balamurugan N, Charanya C, Sampath Krishnan S 2015 Spectrochim. Acta Part A 137 1374

    [25]

    Kasarova S N, Sultanova N G, Ivanov C Di, Nikolov I D 2007 Opt. Mater. 29 1481

    [26]

    Turzi S S 2011 J. Math. Phys. 52 053517

    [27]

    Zhang H Y, Wang Y Y, Tao G Q 2011 Acta Chim. Sin. 69 2053(in Chinese)[张宏玉, 王艳艳, 陶国强2011化学学报69 2053]

    [28]

    Jones D M, Brown A A, Huck W T S 2002 Langmuir 18 1265

  • [1]

    Beeckman J, James R, Fernández A F 2009 J. Lightwave. Technol. 27 3812

    [2]

    Niculescu E C, Burileanu L M, Radu A 2011 J. Lumin. 131 1113

    [3]

    Timoshenko V Y, Osminkina L A, Efimova A I 2003 Phys. Rev. B 67 113405

    [4]

    Xu Y 2013 Ferroelectric Materials and Their Applications (North-Holland:Elsevier) pp73-99

    [5]

    Elser J, Wangberg R, Podolskiy V A 2006 Appl. Phys. Lett. 89 261102

    [6]

    Zhan Q 2009 Adv. Opt. Photon. 1 1

    [7]

    Arabanian A S, Massudi R 2013 Appl. Opt. 52 4212

    [8]

    Smalley D E, Smithwick Q Y J, Bove V M 2013 Nature 498 313

    [9]

    Arakawa Y, Kuwahara H, Sakajiri K 2015 Liq. Cryst. 42 1419

    [10]

    álvarez J, Bettotti P, Kumar N, Suárez I, Hill D, Martínez-Pastor J 2012 SPIE BiOS San Francisco, USA, January 21-22, 2012 p821209

    [11]

    Ma H, Jen A K Y, Dalton L R 2002 Adv. Mater. 14 1339

    [12]

    Brown D, Clarke J H R 1991 Macromolecules 24 2075

    [13]

    Hayakawa D, Ueda K 2015 Carbohydr. Res. 402 146

    [14]

    Iwasaki S, Satoh Z, Shafiee H, Tagaya A, Koike Y 2013 J. Appl. Polym. Sci. 130 138

    [15]

    Iwasaki S, Satoh Z, Shafiee H, Tagaya A, Koike Y 2012 Polymer 53 3287

    [16]

    Hahn B R, Wendorff J H 1985 Polymer 26 1619

    [17]

    Grimme S, Antony J, Ehrlich S 2010 J. Chem. Phys. 132 154104

    [18]

    Parr R G, Yang W 1989 Density-functional Theory of Atoms and Molecules (New York:Oxford University Press) pp101-103

    [19]

    Salahub D R, Zerner M C 1989 The Challenge of d and f Electrons (Washington:ACS) pp165-179

    [20]

    Kusanagi H, Chatani Y, Tadokoro H 1994 Polymer 35 2028

    [21]

    Blythe A R, Bloor D 2005 Electrical Properties of Polymers (Cambridge:Cambridge University Press) pp37-58

    [22]

    Foresman J, Frish E 1996 Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods (USA:Pittsburg) pp39-40

    [23]

    Luo Q Q, Zheng C T, Huang X L, Wang X B, Zhang D M, Wang Y D 2015 Acta Photon. Sin. 44 0713001(in Chinese)[罗倩倩, 郑传涛, 黄小亮, 王希斌, 张大明, 王一丁2015光子学报44 0713001]

    [24]

    Balamurugan N, Charanya C, Sampath Krishnan S 2015 Spectrochim. Acta Part A 137 1374

    [25]

    Kasarova S N, Sultanova N G, Ivanov C Di, Nikolov I D 2007 Opt. Mater. 29 1481

    [26]

    Turzi S S 2011 J. Math. Phys. 52 053517

    [27]

    Zhang H Y, Wang Y Y, Tao G Q 2011 Acta Chim. Sin. 69 2053(in Chinese)[张宏玉, 王艳艳, 陶国强2011化学学报69 2053]

    [28]

    Jones D M, Brown A A, Huck W T S 2002 Langmuir 18 1265

  • [1] 樊荣伟, 夏元钦, 李晓晖, 姜玉刚, 陈德应. 宽带输出PM580掺杂聚甲基丙烯酸甲酯固体染料激光器研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5705-5708. doi: 10.7498/aps.57.5705
    [2] 唐翠明, 赵锋, 陈晓旭, 陈华君, 程新路. Al与α-Fe2O3纳米界面铝热反应的从头计算分子动力学研究. 物理学报, 2013, 62(24): 247101. doi: 10.7498/aps.62.247101
    [3] 李媛媛, 胡竹斌, 孙海涛, 孙真荣. 胆红素分子激发态性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2020, (): 003100. doi: 10.7498/aps.69.20200518
    [4] 王雅静, 李桂霞, 王治华, 宫立基, 王秀芳. Imogolite类纳米管直径单分散性密度泛函理论研究. 物理学报, 2016, 65(4): 048101. doi: 10.7498/aps.65.048101
    [5] 周晶晶, 陈云贵, 吴朝玲, 肖艳, 高涛. NaAlH4 表面Ti催化空间构型和X射线吸收光谱: Car-Parrinello分子动力学和密度泛函理论研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7452-7457. doi: 10.7498/aps.59.7452
    [6] 杜建宾, 张倩, 李奇峰, 唐延林. 基于密度泛函理论的C24H38O4分子外场效应研究. 物理学报, 2018, 67(6): 063102. doi: 10.7498/aps.67.20172022
    [7] 张宝玲, 宋小勇, 侯氢, 汪俊. 高密度氦相变的分子动力学研究. 物理学报, 2015, 64(1): 016202. doi: 10.7498/aps.64.016202
    [8] 王利娜, 温合静, 关莉, 王海龙, 范冰冰, 张锐. 水分子链受限于单壁碳纳米管结构的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(1): 012101. doi: 10.7498/aps.60.012101
    [9] 莽朝永, 苟高章, 刘彩萍, 吴克琛. 木榄醇手性光谱的密度泛函研究. 物理学报, 2011, 60(4): 043101. doi: 10.7498/aps.60.043101
    [10] 李雪梅, 张建平. 5-(2-芳氧甲基苯并咪唑-1-亚甲基)-1,3,4噁二唑-2-硫酮的结构,光谱与热力学性质的理论研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7736-7742. doi: 10.7498/aps.59.7736
    [11] 王志萍, 陈健, 吴寿煜, 吴亚敏. 碳分子线C5在激光场中的含时密度泛函理论研究. 物理学报, 2013, 62(12): 123302. doi: 10.7498/aps.62.123302
    [12] 周学懋, 陈晓萌, 吴学邦, 水嘉鹏, 朱震刚. 聚甲基丙烯酸甲酯/镓纳米复合物的动力学弛豫行为. 物理学报, 2011, 60(3): 036102. doi: 10.7498/aps.60.036102
    [13] 张恒, 黄燕, 石旺舟, 周孝好, 陈效双. Al原子在Si表面扩散动力学的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(20): 207302. doi: 10.7498/aps.68.20190783
    [14] 李雪梅, 韩会磊, 何光普. LiNH2 的晶格动力学、介电性质和热力学性质第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(8): 087104. doi: 10.7498/aps.60.087104
    [15] 范航, 何冠松, 杨志剑, 聂福德, 陈鹏万. 三氨基三硝基苯基高聚物粘结炸药热力学性质的理论计算研究. 物理学报, 2019, 68(10): 106201. doi: 10.7498/aps.68.20190075
    [16] 黄平, 杨春. TiO2分子在GaN(0001)表面吸附的理论研究. 物理学报, 2011, 60(10): 106801. doi: 10.7498/aps.60.106801
    [17] 柳福提, 程艳, 陈向荣, 程晓洪, 曾志强. Au-Si60-Au分子结电子输运性质的理论计算. 物理学报, 2014, 63(17): 177304. doi: 10.7498/aps.63.177304
    [18] 张炜, 陈文周, 姜振益. IrTi合金晶格动力学的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(14): 148105. doi: 10.7498/aps.61.148105
    [19] 徐布一, 陈俊蓉, 蔡静, 李权, 赵可清. 2-(甲苯-4-磺酰胺基)-苯甲酸的结构、光谱与热力学性质的理论研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1531-1536. doi: 10.7498/aps.58.1531
    [20] 许裕栗, 陈学谦, 陈厚样, 徐首红, 刘洪来. 接枝聚合物对小分子的选择性吸附研究. 物理学报, 2011, 60(11): 117104. doi: 10.7498/aps.60.117104
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-13
  • 修回日期:  2016-07-20
  • 刊出日期:  2016-11-05

采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算

  • 1. 南京邮电大学光电工程学院, 南京 210023
  • 通信作者: 王瑾, jinwang@njupt.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61575096)和江苏省基础研究计划(批准号:BK20131383)资助的课题.

摘要: 双折射性是各种光学材料的重要性能之一,具有高双折射率的光学材料在诸多研究及工业领域的应用越来越广泛.然而,作为常用的光学薄膜及光波导材料之一的聚合物材料的双折射性通常却很弱,只能通过实验对其双折射率进行大致的表征,缺乏对其双折射率的系统性理论计算,从而限制了提高聚合物双折射性的研究.本文建立了从聚合物的单体分子结构到多分子链的系统性的双折射率理论计算方法,并借助此方法研究了导致聚合物弱双折射性的限制因素.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为研究对象,运用密度泛函理论研究了其本征双折射率,这里的本征双折射率是指分子链完全取向时其单体单元的双折射率.计算结果表明其本征双折射率高达0.0738左右,并且通过计算给出了PMMA单体单元的平均双折射率色散曲线.采用分子动力学方法研究了该聚合物(包含20个分子链)的材料双折射率.理论计算结果表明,尽管该聚合物具有较大的本征双折射率,但是由于聚合物中分子链取向度极低,聚合物材料最终表现出来的双折射率只有0.00052.本文建立的研究方法及研究结果为研究增强聚合物材料双折射性提供了理论依据.

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