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高分子链相变行为的分子动力学模拟

苏加叶  
【摘要】: 早在1960年,Stockmayer就预言了高分子链的坍塌相转变,即超过一定临界温度时,高分子就会从松散的无规线团状态(coil)坍缩为紧密的球态(globule),这对于研究高分子材料的性质有重大的作用。同时,坍塌相变有助于解释生物高分子DNA的凝聚、染色质的组装、蛋白质折叠及变性等一些复杂的生命现象。因此,高分子坍塌相变的研究是高分子物理中一个长期未决的基础性课题。本文主要以聚乙烯链(polyethylene)为模型,采用经典的分子动力学方法对线型及环型高分子在不同条件下的相行为进行模拟,从而解释了不同结构的高分子在相行为上的差异,以及相同的高分子在不同界面下的平衡态性质。此外,本文还对紧密高分子链的弹性行为也进行了一些探讨。 在本文第二章中,以聚乙烯链为模型,采用分子动力学方法对线型高分子链在不同外界条件下的相行为进行了模拟计算。首先,考察了高分子链在单一吸附表面上的情况,发现在弱吸附下高分子链会在表面上形成准二维的球形,而在强吸附下高分子链最终则会形成发夹结构(hairpin),类似于结晶的状态,这在过去的理论和实验上是没有被发现过的。其次,考察了高分子链受限于两块吸附平行板中的情况,发现不同大小的吸附能w和平行板间距D对高分子的相行为也有较大的影响,并且在一定条件下高分子链也会形成不同的发夹结构。最后,本文结合一些原子力显微镜(AFM)针尖诱导高分子结晶的实验,讨论了高分子链的一端被固定情况下的相行为。 在本文第三章中,同样采用分子动力学方法对环型聚乙烯链的相行为进行了模拟计算。发现环型链与相应的线型链的坍塌相行为差异很大,环型链在高温区会呈现扁圆形的结构,对于一个严格的二维圆形,理论上很容易得出链的形状因子为


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