平行板间高分子链构象熵的动力学Monte Carlo模拟

用动力学Monte Carlo方法模拟了受限于两平行板之间的高分子链,并用扫描法计算了链的构象熵S,研究了构象熵相对于自由链的减小量(S0-S)与平行板间距D和高分子链长n的关系.结果证实了de Gennes的自由能标度关系,并给出了标度关系适用的范围.当D非常小时,高分子链受到强烈限制,S0-S与n成正比,表明单链节受到平行板的平均排斥作用力与链长无关.随着D增大,平行板对构象熵的影响越来越弱,单链节受到平行板的平均排斥作用力随链长的增长而增大.当D比较大时,平行板对构象熵的影响近似可以忽略,高分子链构象熵与自由空间中的结果一致.     

高分子单链热力学量的Monte Carlo模拟

提出了一种Monte Carlo模拟方法,可以计算高分子链的热力学量.该方法采用简单立方格子上的自避行走链和紧邻相互作用模型,计算了链长200以内的链在无量纲相互作用参数△_ε/(?)T不同数值下的构象熵和Helmholtz自由能,其中△_ε为一次接触的能量,(?)为Boltzmann常数,T为绝对温度.模拟结果和直接计数法的准确结果显示出较好的一致性 并且得到排除体积和相互作用效应互相抵消的(?)条件下的参数△_ε/(?)T之值大约为-0.6且与链长无关.     

高分子链空间构象分布的复杂性——Θ条件下能量与尺寸的分布

通过高分子链的模型的计算来研究高分子链构象的尺寸与能量的分布．结果表明，高分子的链构象在小尺寸范围布居数增多；高分子的链构象在小尺寸范围存在比较稳定的链构象状态；在小尺寸范围比较稳定的链构象多具有类似棒状等非球形结构；高分子的链构象的尺寸与能量的分布显示熵弹性具有不对称性．     

高分子链空间构象分布的复杂性——条件下能量与尺寸的分布

通过高分子链的模型的计算来研究高分子链构象的尺寸与能量的分布。结果表明，高分子的链构象在小尺寸范布居数增多；高分子的链构象在小尺寸范围存在比较稳定的链构象状态；在小尺寸范围比较稳定的链构象多具有类似棒状等非球形结构；高分子的链构象的尺寸与能量的分布显示熵弹性具有不对称性。     

改进的聚合物溶液理论

在高分子溶液理论中引入Gibbs分布 ,用统计物理学方法重新推导出了聚合物溶液的热力学公式 .将高分子溶液的自由能和熵分三部分进行了计算 ,无热平动部分 ,无热构象部分和构象有热部分 .无热平动自由能和无热构象自由能分别等于Flory Huggins混合自由能公式的前两项 ,构象有热部分引入了Gibbs分布 ,考虑了链段 溶剂分子相互作用对高分子构象的影响 .在分子间的相互作用足够小时 ,又回到了FH公式     

近壁模型高分子链的计算机模拟

采用简立方格点上的普通无规行走 (NRW)和自避行走 (SAW )为模型链 ,研究了不可穿透的刚性壁附近高分子的构象性质 ,得出近壁链的构象熵和尺寸随一端点与壁之间距离z0 的变化 .所用的计算机模拟技术包括精确计数和MonteCarlo模拟 .数值结果表明 ,近壁链的构象熵降低遵循一种简单规律 ,即当链长愈长或一端愈接近于壁时 ,与长度相同的自由链相比 ,链因壁限制所致构象熵的降低愈大 .当链十分接近于壁时 ,其均方末端距〈R2 〉(尤其是与壁垂直的分量〈R2z〉)大于自由链的相应值 ;随z0 增大 ,〈R2 〉及〈R2z〉开始减小 ,通过某一极小值 ,然后上升 ;当z0 →∞时 ,趋于自由链的极限值 .换言之 ,近壁模型链的线团经历一个收缩再逐渐扩张的过程     

聚合物链构象的Monte Carlo模拟:单链的构象熵

本工作提出了一种新的直接用Monte Carlo模拟方法计算聚合物链构象熵,我们称这种方法为构象计数法。在本文中首先叙述了这个方法的计算原理,然后将它应用到简单立方格子中的无规自避行走问题上。具体计算了短链(链步数n=7～19)和长链(n～2100)时的熵在短链下所得到的熵数据与准确值相比偏差在0.04％以内(2000个样本)。在长链下所得到的熵数据与重整化群理论的结果相比,误差在0.8％左右(样本数为300)。同时本文还计论了限制在边长为2的立方体内,最大链步数n=26的受限链的构象熵。由本方法所求得的数据和用直接计算构象数得到的熵准确值也符合得很好。偏差在0.6％以内(2000个样本)。本文还对权重因子进行了讨论,提出改进数据准确度的方法。     

基于三维椭球模型的构象弹性理论

基于合理的旋转异构态模型得到二维链构象分布函数,通过假设构象态消失规则得到的构象弹性理论能很好地描述高分子材料的橡胶弹性．本研究利用三维椭球模型,考虑各向异性的形变过程,对构象弹性理论进行了进一步修正;并且利用修正后的理论计算全同立构聚丙烯（iPP）的应力应变关系．理论结果成功地描述了在形变过程中,由于结构变化对自由能、熵及内能变化的影响．此外,对高分子凝聚态多尺度衔接问题也作了初步探索．     

链分子的构象弹性理论

研究基于旋转异构态模型、用末端距与构象能描述的链构象分布函数、以及链构象态在体系形变中的消失规则,发展了一个链分子的构象弹性理论.用该理论描述的理想形变行为,支持天然橡胶在大形变时应力陡然上翘归因于链构象变化的观点在物理上的合理性.该理论能够区别不同化学结构高分子所具有的不同形变行为,能够预报高分子形变中熵项与内能项各自的贡献.预报了天然橡胶形变中内能的贡献约为13%, 与实验相符.     

聚乙烯链构象熵的研究

采用旋转异构态模型，考虑近程二级相互作用和远程自回避相互作用，在金钢石格点上模拟聚乙烯链，用完全计算法研究了它的构象熵。我们得到聚乙烯链的我象熵现温度及链长的函数关系式。发现在约２００Ｋ温度以上，聚乙烯链的构象的熵随温度沽小不明显，在约２００Ｋ以下，构象熵随温度迅速减小，约在４２Ｋ的构象熵为零。我们还以现，该链的构象熵近似地与链长成正比。     

高分子链构象性质和溶解性的Monte Carlo模拟

运用Monte Carlo方法对线型高分子链格点模型的构象进行了模拟,研究了单链体系的构象的尺寸（采用均方末端距,均方回转半径来表征）、形状（采用平均非球形因子来表征）和溶解性随溶剂与链段间相互作用能的变化情况.结果表明,、和随着εPS的增大而减小,具有相同的变化规律;随着Δε增大,溶剂变得越来越不利于溶解,高分子链的形状蜷曲为椭球形,高分子线团相互穿插交叠.     

聚环氧乙烷链的微观构象研究

研究了聚环氧乙烷链在三级旋转异构态模型中的微观构象及其三级相互作用对聚环氧乙烷链的持久矢量的影响．计算了聚环氧乙烷链在三级旋转异构态模型中的键段的先验几率．这种方法能计算重复单元极复杂的对称高分子链的先验几率,还能研究不对称高分子链的微观构象,同时导出了三级旋转异构态模型中的持久矢量计算公式．     

端基附壁高分子链的构象统计理论——Ⅲ.NRW环形链

当线形高分子链两端被固体壁吸附后,形成了“环形链”。采用半空间格点中的普通随机行走(NRW)模型讨论了环形链构象的统计理论。在NRW尾形链构象分布函数的基础上,容易推导出NRW环形链构象数的公式。当链长N→∞时,环形链构象数与自由链构象数之比随N~(-3/2)而变化。用递归方程也导出了同样的结果。环形链的均方末端距(?)与均方键长l~2之比为2N/3,与长度相同的自由链比较,有一定收缩。所导出的基本关系得到了精确计数和Monte Carlo模拟的支持。     

外场对聚肽三元体系相行为影响的研究

在前期建立的溶剂、聚肽、柔性高分子三元体系的理论模型上, 引入外场作用的自由能, 推导了液晶相与非液晶相中各物质的化学位, 研究了外场作用下的聚肽三元体系的相行为. 结果表明外场的作用可使液晶相与非液晶相的两相区域变小, 两相区向低浓度方向移动, 同时柔性高分子可进入液晶相. 此外还研究了外场作用下聚肽的分子链构象、链长和温度等对体系相行为的影响, 并对理论计算与实验结果进行了比较.     

二维HP格点模型中的紧密高分子链构象及其热力学性质的研究

采用二维HP模型用精确计数法和MonteCarlo方法研究了链长为N(≤ 2 2 )的紧密高分子链的构象和热力学性质 .发现不同HP序列的紧密高分子链的平均自由能和平均配分函数与链长N存在关系 :〈F〉=aN+b ,　ln〈Z〉=a′N +b′ .同时发现对于可折叠成基态且简并度为 1的紧密高分子链 ,其平均自由能和平均配分函数与链长N也存在相似的关系 .在HP模型中对于链长为N的紧密高分子链 ,存在着 2 N + 1 个不同的HP序列 .我们发现可以折叠成基态且简并度为 1的蛋白质分子的HP序列数目NS 为NS =a× 2 N+ 1 　 (a =0 0 2 5 ) ,对应的HP序列中 ,疏水基团 (H)数目的含量为 4 0 %～ 6 0 %的序列出现的几率最大 .同时在这些紧密高分子链中有些具有相同的结构 ,发现结构的‘简并度’为 3 3～ 4 0 (10≤N≤ 16 ) .在紧密高分子链折叠过程中 ,折叠的初期能量下降比较快 ,折叠的中期能量下降比较缓慢 ,折叠的后期能量下降也是比较快     

高斯链网络模型与橡胶交联网络的差异

“橡胶弹性”是《高分子物理》中联系长链分子构象统计和高分子材料力学性能的重要章节之一。现行《高分子物理》教科书中有关内容多以Rehner-Flory“四链模型”为基础,从Gaussian单链熵、单链熵加和恒体积仿射形变角度推导Gaussian链网络构象熵和收缩力,而很少提及Gaussian链网络模型化过程所涉及的诸多近似,更不提及有关学术争议。基于现行《高分子物理》教程,不少学生认为硫化胶具有类似Gaussian链网络的交联结构,不少技术人员基于所谓理想网络结构来设计所谓大应变可逆变形柔性电子等前瞻性器件,在理论和实践上走了不少弯路,得出不少误导性结论。本文回顾Gaussian链网络模型化所涉及的基本理论、近似和争议,以便让读者认识到Gaussian链网络模型仅是具有一系列约束条件的“模型”,而与橡胶交联结构相差甚远。     

界面层中模型高分子链构象的统计理论

高分子自由链在溶液、熔体或固体中的构象有完整的理论和实验工作 ,已是成熟的知识[1～ 4] .近年来 ,受限大分子构象的探索已成为新的热点[5] .界面是一种最简单的限制 ,将对其附近的高分子产生显著的影响 .除理论家的重视以外 ,界面附近高分子构象问题还与许多应用领域相关 .例如 ,液体高分子的表面张力 ,固体高分子的粘附 ,滑移 ,磨蚀等力学特性 ,甚至它们的光学和电学性质都与界面上的组成和分子构象相关[6] .ｄｅＧｅｎｎｅｓ[7] 最早强调界面附近的分子链构象问题的重要性 .他首先从理论上猜测长链的链端若与界面有强吸引作用 ,则它们…     

模型高分子环形链的构象统计理论

模型高分子环形链的构象统计理论吴大诚，杜鹏，康健（成都科技大学纺织工学院，成都，６１００６５）关键词高分子构象，环形链，随机行走在前文中［１，２］我们曾较系统地讨论过模型高分子尾形链的构象统计学，假定高分子链的两端都被某一界面物理吸附或化学结合，所形...     

流场中单链高分子过孔输运的动力学行为

采用布朗动力学方法,通过模拟不同温度和流速下,不同链长的单链高分子穿过纳米孔洞的动力学行为,证实了临界流速的存在,并验证了理论预测的结果,即临界流量随体系温度线性增大,且与链长无关.还对高分子链过孔输运时间以及输运过程中链构象的变化进行了研究.模拟结果为明晰在剪切流场中高分子穿过纳米孔洞的动力学行为提供了有益参考.     

高分子熔体和浓溶液流变性能的研究

基于多重缠结网络结构模型和高分子链上缠结点在流动中可进行动态解缠和再缠结的多重蠕动机理,用统计力学和动力学相结合的方法,分别计算出了缠结链组的末端距分布函数;处于缠结状态下高分子链构象统计分布函数;受力下聚合物熔体粘弹性形变自由能和解除外力下高分子挤出体可回复性粘弹性形变自由能,提出了高分子挤出体可回复形变的粘弹性分子理论。推导出的高分子熔体的回忆函数、简单剪切流下的本构方程和物料函数,并采用一种新的方法测定出物料的四种参数： η0、 GN0、 n′和 a。对于高分子挤出体,可回复性粘弹性形变由快速弹性形变和慢速粘弹性形变两者组成,当把两种形变量的复合结构参数－分子链的反式构象分数引入两种形变自由能表达式后,就从理论上得到了可回复形变量同挤出胀大比间的定量表达式,从而建立起一个具有分子链结构参数的新的挤出胀大比方程,可回复形变量同挤出条件（温度、挤出速率和量以及口模长径比不同的挤出机）和树脂结构特征（分子量及分布）的关系式以及在特殊情形下的简化表达式,并用几种高分子熔融体系的挤出胀大比和可回复性形变量的实验数据对理论进行验证,理论方程同实验数据较好的符合。