模拟研究纳米颗粒表面高分子链的构象文献综述

 2022-08-26 04:08

模拟研究纳米颗粒表面高分子链的构象

摘 要：通过文献调查法，综述了模拟研究纳米颗粒表面高分子链的构象。结果发现，聚合物链的静态和动态性质都取决于链的刚度，与NPs接触的单体数量随着链条刚度增加，但与聚合物接触的NP数量随链条刚度的增加而增加。聚合物的平移扩散系数也受NPs的影响。对于具有固定NPs的无规环境中的半柔性聚合物，正常扩散仅存在于弱聚合物-NP相互作用下。然而，在足够强的聚合物-NP相互作用下观察到扩散。然而，我们发现NPs对平移扩散系数的影响对于完全柔性的聚合物更明显，因为对于完全柔性的聚合物，更多的单体与NPs接触。还研究了NPs对旋转弛豫时间tau;R的影响。

关键词：MC模拟方法；高分子链；吸附特性；构象特性

纳米粒子（NPs）广泛用于聚合物工业中以改善聚合物的宏观性质，包括聚合物的机械，热，光学和电学性质。NPs的存在为聚合物链提供了拥挤的环境。聚合物和NPs之间的耦合对聚合物链的性质的影响很大。聚合物在拥挤环境中的静态和动态特性在实验和理论上以及在计算机模拟中引起了极大的关注。在最近的一篇综述文章中报道了在拥挤环境中聚合物领域的研究成果。NPs对单聚合物静态和动态性能的影响已被充分了解，无序嵌入式聚合物的性质可用于探测材料的微观结构。因此，了解NPs对聚合物静态和动态性能的影响，在现代聚合物物理学中是一个重要的问题。

  1. 分子动力学MC模拟方法

在这项研究中，我们使用大规模分子动力学（MC）模拟研究了固定NPs对半柔性聚合物的静态和动态性质的影响。 这里研究的性质包括平均回转半径lt;RG2gt;，质心的均方位移（MSD）的时间依赖性和旋转弛豫时间tau;R。

分子模拟技术[1]目前在分子筛催化剂、高分子材料及其它固体化学、无机材科研究开发领域的应用非常广泛。MD是在MM特定力场下通过运用力、速度和位置等参数动态模拟材料结构和性能的有效方法，具有广泛实用性。应用分子模拟方法对材料进行各种化学物理性能模拟，能够对其性能需求作初步的预测，可以节省大量的成本和缩短研究周期。目前分子动力学(MD)研究十分热门。在经典MD模拟中，假定原子运动由牛顿方程所决定，即表明原子运动按特定轨迹进行；MD 模拟既能得到原子的运动轨迹，进而基于轨迹计算得到所需各种性质，还能象做实验一样进行各种观察，可作为对理论和实验的有效补充。对于平衡体系，计算所得是一定时间内某物理量的统计平均值;对于非平衡体系，获得的是一定时间内物理现象的直接模拟。许多与原子有关的细节，在实验中无法获得，而在MD模拟中可方便地求得，大到可处理上万个原子的体系，模拟时间可达到纳秒((ns)级，这已成为当前最广为采用的计算庞大复杂体系的方法。其主要优点在于对系统中粒子的运动有直观的物理依据和判断，并可同时获得体系的动态和热力学统计信息，可广泛适用于多种体系和各类性质的研究。

  1. 高分子链的特性

高分子链通常由104-106个相同的链单元构成，其中聚乙烯链是最简单的高分子链。当不同结构和性质[2]的高分子链单元发生共聚时，可形成共聚高分子链。由于聚合方法的不同以及链单元性质的不同，会生成不同的链结构，如嵌段链和无规则嵌段链等，并且可以构成不同的结构，如星型结构、环状结构和线型结构等。

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