高分子在受限环境中吸附、弛豫和扩散的模拟研究

Monte Carlo method is applied to study the thermodynamics of critical adsorption and the dynamics of adsorption time and adsorption mechanism of polymer on a flat surface, a single spherical particle, and multi-particles environment, in order to reveal the effects of competition and cooperation of two energy parameters, the internal interactions of polymer and the interactions between polymer and the surface. We will explore the phase change type, the evolution law, and the aggregation morphology of polymer on the flat surface between the adsorbed collapsed state and the adsorbed expanded state. We will study the relaxation and diffusion of polymer at different spatial scales (the particle size and the particle-particle distance), understand the law of relaxation and diffusion, and explore new methods to determine the critical adsorption point from dynamical properties of polymer. We will study the relationship between the dynamics and the conformation of polymer under a variety of confined environment, and reveal new dynamical laws for the polymer in confined states. The results will provide the basis for establishing and improving theory for polymer adsorption dynamics in confined environments, and they will be also important for understanding polymer physics and biophysics related systems.

用蒙特卡罗方法系统研究高分子在平面上、单个球形颗粒表面上、及多颗粒环境中的临界吸附的热力学规律和吸附时间、吸附机制相关的动力学规律，揭示高分子内部相互作用、高分子与表面相互作用两个能量参数的竞争与合作的效应。探索平面上吸附塌缩态与吸附扩展态之间的相变类型和演化规律，以及聚集态形貌。研究高分子在不同空间尺度(球形颗粒的尺寸和颗粒间距)下的弛豫和扩散，掌握高分子弛豫和扩散的动力学规律，探索利用动力学规律来确定临界吸附点的新方法。研究高分子在各种受限状态下的动力学规律与高分子构象之间的联系，揭示高分子在受限状态下新的动力学规律。研究结果为建立和完善高分子在受限环境中吸附的动力学理论提供模拟依据，对高分子物理和生物物理相关系统的理解和物理解释也有重要的意义。

采用蒙特卡罗方法研究了高分子在表面上、单个球形颗粒表面上、多颗粒和纳米复合通道中的热力学和动力学性质，研究了高分子内部相互作用、高分子与表面相互作用的竞争与合作效应。通过计算机模拟了吸附在纳米尺寸球形颗粒上高分子链的吸附和构构象性质。纳米尺寸的球形颗粒位于模拟系统的中心。纳米颗粒尺寸与聚合物的平均回转半径相当，我们计算了吸附单体的数量，吸附的嵌段长度，吸附概率，均方回转半径和平均聚合物纳米颗粒距离。这些量可以描述聚合物的构象并详细评估吸附在纳米颗粒上的聚合物的吸附程度。我们还通过蒙特卡罗方法模拟研究了均聚物穿过αβα三明治复合通道的迁移。聚合物和α部分之间的有非常强相互吸引作用，而聚合物和β部分之间的相互作用纯粹是排斥的。模拟结果表明，β部分的长度和β部分的起始位置对迁移有明显的影响。该项目的研究结果为高分子在受限环境中吸附的动力学实验提供一定的理论指导，对高分子物理和生物物理相关系统的理解和物理解释也有一定的意义。