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。     

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.     

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 .     

简立方格点自避行走所模拟的高分子链吸附和塌缩

采用复合Markov链法 ,针对简立方格点上的自避行走模型 ,研究了同时具有对壁的吸附作用ε1 和最近邻相互作用ε2 的高分子链的热力学性质 .相互作用能量参数ε1 和ε2 分别联系于参数α和 β .令链长N=10 0 ,由这种MonteCarlo方法可得出链的自由能FN(α ,β) ,热容2 FN(α ,β) /2 α和2 FN(α ,β) /2 β ,吸附点平均数〈m〉/N ,最近邻相互作用对平均数〈n〉/N和均方末端距对壁的垂直分量RZ2 .除已有方法由热容数据可绘出α β相图外 ,建议由结构参数〈m〉/N ,〈n〉/N和RZ2 绘制相图 ,并发现二者基本一致 .所得相图表明 ,存在 4个相区 ,分别是解吸 膨胀相 (DE) ,吸附 膨胀相 (AE) ,解吸 紧密相 (DC)和吸附 紧密相 (AC) .在伸展区和塌缩区 ,随着吸附作用的增强 ,会出现吸附相转变 .在解吸区和吸附区 ,随着自相互作用的增大 ,也将出现塌缩相转变 .相图出现了两个三相点 ,即AE AC DC三相点和AE DE DC三相点     

金刚石格点上自避行走尾形链的构象统计理论

研究了金刚石格点上自避随机行走（ＳＡＷ）尾形链，采用精确计数和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟方法求得该ＳＡＷ尾形链的构象数Ｃ（Ｄ）１（Ｎ）和均方末端距［ｈ（Ｄ）１（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，从这些量的计算机实验数据拟合求出了金刚石格点上ＳＡＷ尾形链的临界指数和格点指数．计算结果还表明短链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．这些都与简立方格子模型上得到的结果一致．     

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.     

模型高分子尾型链的构象统计理论

基于金刚石格点上受限于半空间的随机行走，借概率论中的反射原理推导出了模型高分子尾型链的构象分布．得到了链长为Ｎ的模型尾型链的允许构象数Ｃ１（Ｎ）和末端距分布函数．在四选择模型中，发现Ｃ１（Ｎ）／４Ｎ与Ｎ－１／２成正比．模型尾型链在与壁正交方向上的均方末端距分布与平行方向比较扩张至２倍，而后者与自由链对应的分量相等．这些解析结果得到了精确计数和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟计算机“实验”的支持．     

金刚石格点上自回避行走高分子链的构象熵

计算了链长Ｎ为１０－１９的金刚石格点上自加避行走高分子链的构象熵Ｓ和平均ｇ态个数〈Ｗｇ〉。发现Ｓ和〈Ｗｇ〉均与Ｎ成线性关系，每键构象β和ｇ态密度μ都随参数к（к＝кＢＴ／ε）的变化而变化，参数к是温度，键构象能ε有关的量。β随参数к的变化可划分三个区域，（１）│к│≥２．０，β的值几乎与к的大小无关，几乎接近于β的极值；（２）０．１６〈│к│〈２．０，β的变化非常明显；（３）│к│≤０．１６，β的     

"分子行走理论"模型——分子熵的笼敝效应及其在有机酸碱性比较中的应用

基团的电子、共轭、超共轭、空间位阻、溶剂化等效应在有机酸碱理论及酸碱性分析中一直占据主导地位.但在气相状态下,分析某些物质的酸碱性时单用上述理论远不能满足要求,得不到与实验事实相符的结果.从热力学及分子统计力学角度出发,以量子化学为辅助,研究了分子熵值及其构象改变对物质酸碱性、反应活性、反应速率的影响.提出理想状态下"分子自由行走"、"自由均方行走距"等假设,并以此演绎出理想状态下有机分子构象改变所遵循的统计规律——"类自由结合链高斯模型".建立了"分子熵效应笼敝扩散"分子构象模型,用该理论成功解释了气相状态下甲、乙、丙、丁、戊、己酸酸性大小差异及气相氨、伯胺、仲胺、叔胺、苯胺、二苯胺的碱性差异.结果表明:自由均方行走距及分子笼敝大小是影响物质活性的关键因素.     

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.     

Conformational statistics of polymer chain terminally attached to wall (III) —NRW model loop chain

When the two end groups of a linear polymer chain are absorbed on a solid surface, the polymer chain forms the “loop” conformation. Investigation has been made on the conformational statistics of a model loop chain by the normal random walk (NRW) on a lattice confined in the half-infinite space. Based on the conformational distribution function of the NRW model tail chain, it is easy to deduce an analytical formula expressing the conformational number of the model loop chain. It was found that the ratio of the conformational number of the model loop chain to that of the free chain varies with the power functionN ^-2/3 when the chain lengthN→οο. The same result -was obtained by means of the recursion equation. The ratio of the mean square end-to-end distanceh ² for the model loop chain to its mean square bond lengthl ² is 2N/3. Compared with the free chain with the same lengthN, the mean square end-to-end distance of the model loop chain contracts to a certain extent. The basic relationships deduced were supported by the exact enumeration and Monte Carlo simulations. Project supported by the National Natural Science Foundation of China.     

平面壁限制的高分子链末端距及其概率分布

The problem of polymer chains near an impenetrable plane is investigated by means of the probability method. It is shown that the 2kth moment of the reduced normal component of the end-to-end distance A2k only depends on the reduced distance to the plane of the first segment AZ0, here, A=l－ 1· , n is the chain length, l is the bond length and fixed to be unity, which can be expressed as A2k=f(AZ0). When AZ0≈ 0, A2k is the maximum(A2k=k!), then it decreases rapidly and soon reaches the minimum with the increase of AZ0, afterwards A2k goes up gradually and reaches the limit value [(2k－ 1)× (2k－ 3)× … × 1]/2k when AZ0 is large enough. Suggesting that the polymer chain can be significantly elongated for small Z0 and contracted for an intermediate range of Z0 due to the barrier. The distribution of the end-to-end distance also depends on the distance Z0 to the plane of the first segment.     

嫁接于平行板的受限紧密高分子链末端距分布函数的研究

采用剪除增加Rosenbluth方法(Pruned-enriched-Rosenbluth method,PERM)算法计算了嫁接于平行板的受限紧密高分子链的末端距分布函数.由于受限紧密高分子链具有各向异性,重点研究了平行板方向x轴上的分布函数P(x),发现P(x)可以表示为ln[P(x)/Pm(x)]/ND-5/3=a0+a1u+a2u2+a3u3(其中u=x/ND-2/3).这里N为链长,Pm(x)为分布函数P(x)的最大值,两平行板的间距为D+1.通过计算P(x)的Shannon熵发现末端距分布函数P(x)的Shannon熵可以用来描述高分子链受限的程度,Shannon熵对平行板间距的变化非常敏感,对于同一链长N,P(x)的Shannon熵会随着D的增大而迅速减小,超过临界值Dc会趋向一个定值,即当D≥Dc时Shannon熵将趋于稳定,也说明了此时受限条件对紧密高分子链影响非常小.同时临界值Dc与链长N有关,Dc~Nλ,其中λ=0.543,并进行了一定的理论分析.     

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…     

Effect of confinement on coil-globule transition

The equilibrium thermodynamic properties of a linear polymer chain confined to a space between two impenetrable walls (lines) at a distance D under various solvent conditions have been studied using series analysis and exact enumeration technique. We have calculated the end-to-end distance of polymer chain, which shows a nonmonotonic behavior with inter wall separation D. The density distribution profile shows a maxima at a particular value of (D=)D*. Around this D*, our results show that the collapse transition occurs at higher temperature as compared to its bulk value of 2d and 3d. The variation of theta-temperature with D shows a re-entrance behavior. We also calculate the force of compression exerted by the walls (lines) on the polymer.     

表面活性剂与高分子链混合体系的模拟

计算机模拟了高分子链对表面活性剂胶束形成过程的影响，以及高分子链构象性质随胶束化过程的变化.结果表明,当高分子链与表面活性剂之间的相互作用强度超过临界值后，高分子链的存在有利于表面活性剂胶束的形成.临界聚集浓度（CAC）与临界胶束浓度（CMC）的比值CAC/CMC随高分子链长的增大和相互吸引作用的增强而减小.在CAC之前，高分子链与表面活性剂分子只有动态的聚集；但在CAC之后，表面活性剂胶束随表面活性剂浓度X的增加而增大，并静态地吸附在高分子链上，形成表面活性剂/高分子聚集体.随着表面活性剂分子的加入，高分子链的均方末端距和平均非球形因子先保持恒定；从X略小于CAC开始， 和快速减小，至极小值后又逐渐增大.模拟结果支持高分子链包裹在胶束表面的实验模型.     

The properties of a single polymer chain in solvent confined in a slit: A molecular dynamics simulation

A single polymer chain in solvent confined in a slit formed by two parallel plates is studied by using molecular dynamics simulation method. The square radii of gyration and diffusion behaviors of polymers are greatly affected by the distance between the two plates, but they do not follow the same way. The chain size decays drastically with increasing h (h is the distance between two plates), until a basin occurs, and a universal h/〈R _g〉₀ dependence for polymer chains with different degrees of polymerization can be obtained. While, for the chain’s diffusion coefficient, it decays monotonously and there is no such basin-like behavior. Furthermore, we studied the radial distribution function of confined polymer chains to explain the reason why there is a difference for the decay behaviors between dynamic properties and static properties. Besides, we also give the degree of confinement dependence of the static scaling exponent for a single polymer chain. Our work provides an efficient way to estimate the dynamics and static properties of confined polymer chains, and also helps us to understand the behavior of polymer chains under confinement.