胶体聚集动力学在固化体系中的统一规律：基于簇键数量的研究

本研究针对固化体系中胶体聚集行为的调控难题，通过分子动力学模拟揭示了不同功能团组合(2-4/3-3/4-4)的分散介质(DM)网络演化规律。创新性发现当平均键数Z～2.1时，网络弹性、密度异质性和有效势能均发生显著转变，建立了以Z为统一参数的预测框架，为功能性涂料、粘合剂和纳米复合材料的设计提供了理论依据。

　　

在表面涂层领域，传统干燥成膜工艺面临能耗高、VOC排放等环境问题，而基于聚合反应的固化技术因其环保优势日益普及。然而，当在聚合物基质中添加胶体颗粒以增强导电、导热等功能时，固化过程中胶体的聚集状态会显著影响最终材料性能。目前，固化体系设计仍主要依赖经验方法，缺乏对胶体聚集机制的深入理解。东京都立大学的Yujiro Furuta和Rei Kurita团队在《Journal of Molecular Liquids》发表的研究，通过分子动力学(MD)模拟揭示了固化过程中胶体聚集的普适性规律。

研究采用分子动力学(MD)模拟方法，构建包含两种胶体颗粒和二元分散介质(DM)的固化体系。DM由DMA和DMB两种粒子组成，分别设置2-4、3-3和4-4三种功能团组合。通过Weeks-Chandler-Andersen(WCA)势描述粒子间相互作用，采用谐波弹簧势模拟键合作用。在NPT系综下进行模拟，监测固化率α、最大簇占比φ_max等参数演化，计算有效势能U_eff(R)和动态敏感性χ₄等指标，系统分析网络结构与胶体相互作用的关联性。

3.1 固化率与键合结构的时间演化

模拟显示不同功能团体系的固化率α(t)演化曲线高度一致，符合修正的Avrami-Kolmogorov方程。但最大簇占比φ_max的突变点存在差异：4-4体系在α～0.3时即发生显著簇增长，而2-4体系延迟至α～0.5。胶体均方位移(MSD)分析表明，当α≥0.9时2-4体系进入动力学阻滞状态，比4-4体系(