小分子在高分子中的擴散過程 (diffusion process)是大自然中極重要的
一種現象，因為它往往是許多實際應用的決定步驟(determining step)，
例如食品包裝、油漆塗抹、生化裝置、薄膜分離...等。 其中高分子薄膜
分離技術較傳統的方法如蒸餾、電解、吸附等有節省能源、高效率、操作
簡便、安全、符合環保要求等多項優點，再加上它在食品、油漆及石化工
業的廣泛用途，使它受到相當的重視。利用分子動力學的方法研究小分子
在非定形高分子薄膜中擴散的電腦模擬具備有三種優點： (1)由分子的運
動軌跡中，可觀察到小分子的運動機制 ; (2)小分子在薄膜中的擴散及滲
透特性，可供設計高分子薄膜的參考 ; (3)若能準確地計算出小分子的擴
散係數，可節省大量的實驗時間及成本 。本篇以全原子模型的分子動力
模擬法，研究小分子在非晶型高分子中之擴散運動。 模擬系統為甲烷/
聚乙烯、甲烷/ 聚矽烷、水/ 聚矽烷 及 水/ 聚酯烷等四種。我們主要探
討小分子的擴散係數、擴散機制及水分子之濃度對其在聚矽烷中擴散的影
響。 結果顯示計算所得之小分子擴散係數與實驗值均極為接近；NPT 條
件所算出的甲烷在聚矽烷中之擴散係數比 NVT 者稍高。 此外，各系統中
小分子的擴散機制皆不相同。 聚矽烷中可觀察到水分子跳躍及自由擴散
的機制。 當聚矽烷中的水分子濃度升高時，由於氫鍵的作用而形成大水
群，能提供有效擴散的自由體積相對地減少，故擴散係數降低。
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