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。     

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.     

端点附壁的高分子链形状的Monte Carlo模拟

分别基于简立方格点和四面体格点模型对一端吸附在无限大平面的高分子链（平面接枝高分子链）的形状进行了Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟,结果表明,接枝高分子链的形状更偏离球形,〈Ｌ＾２１〉：〈Ｌ＾２２〉：〈Ｌ＾２３〉的极限值约为１：２．７５：１２．５,其中〈Ｌ＾２１〉,〈Ｌ＾２２〉和〈Ｌ＾２３〉分别为回转半径张量的本征值Ｌ＾２１,Ｌ＾２２和Ｌ＾２３（Ｌ＾２１〈Ｌ＾２２〈Ｌ＾２３）的统计平均;链长相同时,接枝     

高分子链形状与尺寸关联的Monte Carlo模拟

运用MonteCarlo方法对线型高分子链格点模型的构型进行了模拟,研究了构型的尺寸(采用平方末端距R²,平方回转半径S²来表征)和形状(由非球形因子A表征)之间的关联.对任何长度的高分子链,其关联系数CA,R²和CA,S²均为正值,表明高分子链的形状与尺寸之间存在正关联,即尺寸小的构型其非球形因子A一般也小,反之尺寸大的构型其非球形因子A一般也大.关联系数CA,R²和CA,S²均随链长的增大而减小,近似地与链长的倒数(n^-1)成正比.研究还表明,关联系数的极限值(链长n很大时)与格点的类型无关,与链样本产生的方式也无关,但与链是否考虑排斥体积有关,考虑了排斥体积后,关联系数增大.     

单链DNA在受限环境中伸展的Monte Carlo模拟

Stretching and relaxation of a single DNA molecule tethered in a specially designed thin slit were studied using Monte Carlo simulation combined with bond fluctuation method. It was found that the extension and relaxation of the single DNA molecule are greatly affected by the confined environment. If the extent of the confined environment is increased by decreasing the distance between the two planar surfaces of the slit, the extension of the single DNA molecule increases, due to the screening of the hydrodynamic interaction of DNA segments by the planar surfaces of the slit. The relaxation of the single DNA molecule in different confined environments verifies this assumption completely. The correlation between the end-to-end separation and flow velocity obtained by Monte Carlo simulation is in good agreement with either the experimental results or theoretical consideration reported previously.     

嵌段高分子尾形链构象性质的Monte Carlo研究

基于简立方格点模型对AB两嵌段高分子尾形链的构象性质及其链节的空间分布进行了MonteCarlo模拟.结果表明,链的尺寸、形状和链节的空间分布等统计性质和B链节与平面壁之间的相互吸引能有关.随着B链节与壁之间的吸引能的增加,链的尺寸和形状均呈现出先下降后升高的变化趋势,而且B链节的比例越大,这种变化越明显.     

磁性高分子链的磁性质和构象性质的Monte Carlo模拟

采用退火 (Annealing)MonteCarlo方法 ,从高温到低温顺序模拟了简立方格点上考虑最近邻Ising相互作用的磁性高分子链在不同温度的磁性质和构象性质 .磁性高分子链在低温下存在自发磁矩 ,无限长链的临界温度Tc=1 77± 0 0 5J kB.在临界温度附近 ,高分子链经历了从伸展的无规线团到紧缩球体的塌缩相变 .对链的尺寸、形状、近邻数及能量的分析表明 ,高分子链的构象性质从温度Tc=1 77开始发生较明显的变化 ,这表明高分子Ising链的相变是Ising相互作用和链节运动协同作用的结果 .     

Monte Carlo模拟研究高分子单链在基体中扩散的拓扑效应

高分子流体的性质同高分子的链结构及其动力学行为密切相关. 在高分子共混物中,共混组分的性质不仅依赖于自身的拓扑结构,还受到其它组分分子拓扑的影响. 本文中采用基于格子模型的Monte Carlo模拟方法研究了在高分子基体中扩散的4种不同拓扑组合（环形或线形高分子链）体系中目标单链的静态和动态性质. 结果发现,环形目标单链的性质受基体分子拓扑结构的影响要大于线形目标单链;其中环/线这一拓扑组合中目标单链的扩散机理相比其本体已经发生了较大改变,链末端在其中起了重要作用. 此外,我们对引起这一现象出现的可能原因做了分析.     

流体熵相关性质的Monte Carlo模拟新方法

提出了用于计算实际体系熵相关性质的Monte Carlo 多级取样分子模拟方法.应用这一方法,对硬球流体的化学势及Helmholtz 自由能进行了估算,得到了满意的结果.计算化学势时,不存在通常试验粒子方法所遇到的高密度问题.该方法特别适合规律性的系统研究,较之普通模拟方法要有效得多.模拟得到的硬球体系无限稀释组份的超额化学势与对比直径的关系,在相变区域为一条双凹曲线;无论是在相变区还是在单相区,Carnahan-Starling 公式对这一关系的描述均有较大偏差.     

聚乙烯型尾形链构象统计的Monte Carlo研究

以聚乙烯型尾形链为例 ,根据链的实际键长、键角和Θ条件下每一链段处于不同旋转异构态的条件概率 ,用MonteCarlo模拟方法生成样本链分子 ,计算了尾形链的均方末端矩及其分量、构象数 ,并与完全计算法及理论推导值作了比较 ,讨论了尾形链构象数和沿边界方向及法线方向均方末端矩分量随链段数n及键角Φ的变化 .     

流体熵相关性质的Monte Carlo模拟新方法

提出了用于计算实际体系熵相关性质的Monte Carlo多级取样分子模拟方法. 应用这一方法, 对硬球流体的化学势及Helmholtz自由能进行了估算, 得到了满意的结果. 计算化学势时, 不存在通常试验粒子方法所遇到的高密度问题. 该方法特别适合规律性的系统研究, 较之普通模拟方法要有效得多. 模拟得到的硬球体系无限稀释组份的超额化学势与对比直径的关系, 在相变区域为一条双凹曲线; 无论是在相变区还是在单相区, Carnahan-Starling公式对这一关系的描述均有较大偏差.     

Monte Carlo模拟方法研究管道受限对高分子链缠结的影响

采用基于格子模型的Monte Carlo模拟方法,考察了链长分别为30和250的线形高分子在管道内受限状态下的尺寸及扩散性质.结果表明,当线形高分子的链长低于其缠结链长时,其受限条件下高分子的性质随受限程度的变化而单调变化;而当线形高分子的链长大于缠结链长时,高分子的性质表现出非单调性,进而说明受限具有一定程度的解缠结...     

基于格子链的缩聚反应的动态Monte Carlo模拟

采用描述自回避格子链的键长涨落模型, 以动态Monte Carlo方法对AB型单体的线型缩聚反应动力学过程进行了模拟. 通过该方法可以得到反应过程中链的瞬时构象, 还可以得到反应程度、聚合度、分子量分布及其随时间的演化. 模拟得到了合理的结果, 同时验证了无规线团尺寸与平均链长的标度关系, 表明该方法用于研究逐步聚合反应过程是可行的, 并且与一般的研究聚合反应的Monte Carlo方法相比, 还能够同时得到构象等空间信息. 还比较了不同大小的模拟体系所得到的分子量和多分散系数的异同, 讨论了有限元胞效应.     

Monte Carlo方法在高分子科学中的应用

介绍了Monte Carlo方法的历史及其特点,并描述了它在现代高分子科学研究中的广泛应用情况,并对其前景作了一些展望。     

铝酸钠熔体Monte Carlo法计算机模拟研究

用计算机Monte Carlo 法研究铝酸钠熔体结构.计算了径向分布函数和局部结构.表明NaAlO_2熔体是由畸变的共隅AlO_4四面体离子集团、Na~+离子和xNa~+·yO~(2-)离子集团所组成.     

RAFT种子乳液聚合反应初期的Monte Carlo模拟

自由基聚合是制备聚合物材料最为重要的技术 .但由于自由基极易进行双基终止 ,一般很难对其结构进行精确的控制 ,所得产物分子量宽 ,组成分布不易控制 ,很难制备嵌段共聚物 . 2 0世纪 90年代出现的活性自由基聚合技术 (RAFT)克服了上述缺点 ,成为高分子化学研究的热点[1] .RAFT聚合以其适用单体广、聚合条件温和以及活性高而成为最具前途的活性自由基聚合技术之一 .迄今为止 ,RAFT的研究大多集中在溶液和本体等均相聚合体系 [2～ 5] .乳液聚合有聚合速率快、环境友好、体系粘度低等优点 ,是活性自由基聚合工业化首选工艺 ,因而近年来活…     

铝酸钠熔体Monte Carlo法计算机模拟研究

用计算机Monte Carlo法研究铝酸钠熔体结构. 计算了径向分布函数和局部结构. 表明NaAlO_2熔体是由畸变的共隅AlO_4四面体离子集团、Na~+离子和xNa~+·yO~(2-)离子集团所组成.     

聚硅烷链形状的Monte Carlo研究

用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法对θ溶液中考虑二级相互作用的聚硅烷链的形状进行了研究。结果表明聚硅烷链的形状明显偏离球形，它与链长有关，长链极限的比值＜Ｌ２１＞∶＜Ｌ２２＞∶＜Ｌ２３＞约为１∶２．７∶１２．１。还发现聚硅烷链转动惯量的最长主轴与末端距矢量之间夹角的统计平均值＜θ＞的极限值约为２７°。     

Gibbs系综Monte Carlo模拟甲烷的吸附平衡

在263、298和313 K下,对甲烷在1.91 nm的活性炭孔中的吸附平衡进行了Gibbs系综Monte Carlo(GEMC)模拟的研究.改进了GEMC方法,使之可用于模拟指定压力下的吸附平衡.通过改进的GEMC模拟,得到了在1.91 nm的活性炭中甲烷在263、298和313 K时的吸附等温线;发现263 K时的超额吸附量要大于298 K、313 K时的超额吸附量; 且不同温度下的超额吸附等温线均存在一最大超额吸附.263 K时,超额吸附量在5.0 MPa时出现最大值;而298 K、313 K时超额吸附量则在7.0 MPa时出现最大值.此工作为不同温度下天然气吸附存贮过程的开发及设计提供了依据.