端基附壁高分子链的构象统计理论——Ⅱ.SAW尾形链

研究了SAW尾形链,采用精确计数和Monte Carlo模拟方法求得d维(d=2,3)SAW尾形链的构象数C_1~d和均方末端距[h_1~d(N)]~2及其分量随链长N的变化关系.发现它们与自由SAW链一样都服从标度律,从模拟数据拟合求出了这些SAW尾形链的临界指数.还表明短链SAW在壁的法向与NRW尾形链一样有所伸展,均方末端距的法向分量几乎是平行分量的2倍;但随N→∞,链自回避效应对壁的作用有所屏蔽,这与NRW尾形链有明显不同.     

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     

端基附壁模型聚合物环形链的构象统计理论

环形链定义为两个端基均附壁的线形聚合物链所得的环 .采用精确计数和蒙特卡罗模拟方法 ,研究了自回避行走 (SAW)模型表示的环形链的构象 ,求得构象数和均方回转半径随链长的变化 .对于二维和三维SAW环形链 ,精确计数的最大链长分别为N =2 9和 1 9.用标度理论处理了数值结果 ,所得的标度指数和其他参数与理论预示值进行了比较 .模拟结果表明 ,SAW环形链限制壁平行方向的尺寸大于垂直方向的尺寸 ,与SAW尾形链尺寸的变化正好相反 .     

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.     

N-烷基化聚对苯二甲酰对苯二胺梳状高分子中烷基侧链对刚性主链堆积行为的影响

基于聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA), 采用N-烷基化方法制备了系列PPTACns(烷基侧链碳原子数n=8, 10, 12, 14, 16, 18)刚性主链梳状高分子, 利用DSC, XRD和FTIR等方法研究了其主链堆积行为、 分子链构象及热性能等与烷基侧链长度及结晶特性之间的关系. XRD和DSC结果表明, 当烷基侧链碳原子数达到14时, 烷基侧链发生结晶. XRD结果显示, PPTACns具有层状结构, 烷基侧链长度对主链层间距影响显著. FTIR研究发现, 烷基侧链的聚集状态对PPTACns分子链的构象产生较大影响, 伴随着烷基侧链结晶的熔融, PPTACns的分子链构象发生显著改变. 烷基侧链处于熔融状态的PPTACns的ν_C=O和γ_C-H谱带峰位与烷基侧链不结晶的PPTACn接近.     

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     

环形侧链聚合物刷的合成与表征

通过grafting-onto方法合成高侧链接枝密度的环形侧链聚合物刷并进行结构表征.先通过开环易位聚合(ROMP)制备带有炔基侧基的线形聚降冰片烯衍生物主链(l-PND),通过原子转移自由基聚合(ATRP)和铜催化的叠氮-炔环加成(Cu AAC)反应制备带有一个叠氮基的环形聚丙烯酸叔丁酯侧链(c-Pt BA),再利用Cu AAC反应将环形侧链高密度地接入主链,得到环形侧链聚合物刷.通过核磁氢谱(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和红外光谱(IR)对聚合物主/侧链及聚合物刷的结构和组成进行了表征.该聚合物刷主链聚合度为400,高接枝密度的环形侧链使主链构象伸展.聚合物刷在原子力显微镜(AFM)下呈单分子蠕虫形貌(柱状形貌),分子长度为200 nm,直径为30 nm.     

高分子链构象分布的直接观察

在动态光散射 (LLS)中 ,可以通过测定时间相关函数得到给定样品的线宽分布G(Γ) .对于刚性的胶体粒子 ,G(Γ)和流体力学尺寸分布直接相关 ,而柔性高分子链的G(Γ)不仅依赖于链长度分布 ,而且和高分子链构象的弛豫有关 .即使是单分散的高分子样品 ,仍会存在链构象的分布 .如果链构象的弛豫和平移扩散的时间尺度相近 ,如很长的高分子链在溶液中 ,构象弛豫则可能导致G(Γ)变宽 .利用聚(N 异丙基丙烯酰胺 ) (PNIPAM)链随温度升高可从伸展的有构象分布的柔性线团变成蜷曲的无构象分布的均匀小球这一事实 ,通过比较～ 2 5和～ 32℃条件下PNIPAM长链在溶液中的G(Γ) ,直接观察到由构象分布引起的G(Γ)额外增宽 .     

分子拓扑指数与链烷烃热力学性质的关系

碳原子个数N和路径数P3是表征链烷烃分子的大小、支化度和形状等结构特征的重要参数,引入烷烃所含甲基数的1.5次方M1和3次方M2表征取代基效应,运用多元线性模型研究了链烷烃标准生成焓、标准摩尔熵、标准生成吉布斯自由能等三种热力学性质与N,P3,M1和M2之间的定量关系,相关系数分别达到0.9993,0.9989和0.9972,标准偏差分别是2.2809kJ/mol,5.9093J/(mol·K),2.0585kJ/mol,其计算值与实验值非常接近.     

VDF-CTFE共聚物在TATB表面吸附链构象的分子动力学模拟

采用COMPASS力场和NVT正则系综的动力学计算模拟了偏氟乙烯(PVDF)与三氟氯乙烯(PCTFE)及其共聚物在1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)表面吸附能和吸附链的构象. 结果表明, 氟聚合物链与TATB表面距离小于0.8 nm时, 产生吸附放热效应. 在TATB表面, PVDF有强吸附作用, 而PCTFE的吸附能力差. 对VDF与CTFE单体摩尔比为1∶1, 1∶2, 1∶3和1∶4的共聚物吸附模拟结果表明, 共聚物的组成和链的序列结构对其在TATB表面的吸附行为和吸附链构象影响很大. 单体摩尔比为1∶2的交替共聚物链的吸附效果最佳. 随着共聚物链段中PCTFE链节的增加, 聚合物链的刚性增大, 在TATB表面吸附能力逐渐下降、吸附能亦降低, 尾型(tail)或环型(loop)构象数逐渐增多.