试谈高分子蠕虫链及聚电解质高分子计算机模拟

论文导读：
摘要：高分子材料的进展依赖于高分子论述的建立、进展与运用。将真实复杂的长链高分子简化为电荷中性的极端柔性的理想高斯链,是人们一直以来理解高分子相行为的论述基础。然而,现实生活中的许多新型功能高分子无法用理想高斯链模型所描述。绝大多数生物大分子,如DNA,蛋白质等,相对于理想高斯链模型,更适合用蠕虫链高分子模型和聚电解质模型来描述。在非理想高斯链系统中,蠕虫链高分子和聚电解质高分子系统具有重要的科学作用和运用价值。由此,建立和进展能“超越"理想高斯链模型的非理想链高分子模型的论述与模拟策略成为高分子科学进展的迫切需求,同时也是国际上高分子凝聚态物理的重要前沿方向之一。在本论文中我们利用自洽平均场论述(SCFT)和耗散粒子动力学(DPD)策略对蠕虫链高分子和聚电解质链系统进行了计算机模拟探讨。首先我们建立了超越高斯链模型的蠕虫链高分子自洽平均场论述和数值计算策略(包括有限差分策略和谱策略)。基于此蠕虫链高分子模型的自治平均场策略,我们分别探讨了蠕虫链高分子刷以及长链蠕虫链高分子的吸附不足。另外,为了更有效的处理聚电解质系统中的长程静电相互作用,我们将非均匀介质中泊松方程耦合到耗散粒子动力学策略中,并利用迭代的策略极值化静电场能量泛函方程,得到聚电解质系统的静电场分布以及聚电解质链节之间的静电相互作用。利用此策略,我们采取耗散粒子动力学策略探讨了聚电解质星型胶束的构象行为不足。我们还通过耗散粒子动力学结合平均场论述探讨了毛细血管内壁接枝的糖萼纤维层在毛细血管流中的力学性质和生物物理功能。在本论文第二章中,我们利用基于蠕虫链模型的自洽平均场策略探讨了半柔半刚性高分子刷系统,通过调节高分子刷的约化链长和约化接枝密度等参数,我们发现蠕虫链高分子刷的诸多物理量的标度率(例如：高分子刷的高度,平均厚度,方向序参量以及系统的自由能等),我们的结果在不同极限下与以往的论述和计算机模拟结果能很好的吻合,同时也证明了我们的蠕虫链模型在描述高分子系统的有效性。接着,在本论文的第三章中,同样基于蠕虫链模型的自洽平均场策略,我们探讨了长链蠕虫链高分子在平板附近的吸附不足,我们计算得到了吸附的相图,并通过探讨吸附临界点附近系统的标度性质,得到了吸附系统的相变性质。我们的结果显示,当吸附势阱宽度W》a(a为Kuhn长度)时,吸附相变有显著的二级连续相变特点,而当W《a时,二级连续相变逐渐向一级不连续相变靠近,在W=0时,吸附相变为一级相变。在本论文的第四章中,我们以场论的思维出发,引入带电粒子的电荷分布模型,并求解系统静电场分布。我们将此策略耦合到耗散粒子动力学模拟中,并探讨了聚电解质星型胶束在无盐溶液中的构象行为,我们发现,反离子的价态及系统的静电作用强度对胶束的构象行为起决定性作用,当溶液中只有单价反离子时,系统构象行为能很好的用球型聚电解质高分子刷的标度论述来描述,而当溶液中有着二价或者高价反离子时,系统显著偏离标度论述,在静电作用较强时,甚至出现反离子凝聚现象,导致聚电解质胶束发生塌缩。最后,在本论文的第五章中,我们建立了毛细血管内壁的糖萼纤维层的半柔半刚性高分子模型,并通过耗散粒子动力学模拟及平均场论述计算,探讨了糖萼纤维层的力学性质以及对毛细血管流的影响,我们得到了接枝在毛细血管内壁的糖萼纤维层厚度以及表面滑移长度的与流场及本身力学性质之间的标度关.系。另外我们还探讨了糖萼纤维层与毛细血管内血细胞之间的相互作用,如在白细胞经过后,大幅度形变的萼纤维层的恢复历程,能很好的和连续介质论述及实验数据吻合,以及对红细胞有着的真实毛细血流的影响等。关键词：蠕虫链高分子论文聚电解质论文高分子刷论文高分子吸附论文毛细血管多糖蛋白层论文自洽平均场论文耗散粒子动力学论文
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ABSTRACT7-9
目录9-11
第1章 总论11-27

1.1 引言11-12

1.2 高分子科学领域常用计算机模拟策略概述12-25

1.2.1 自洽平均场论述策略12-17

1.2.2 耗散粒子动力学模拟策略17-25

1.3 本论文的探讨内容和作用25-27

1.3.1 蠕虫链高分子自洽平均场论述25-26

1.3.2 聚电解质高分子论述模型26-27

第2章 蠕虫链高分子刷的自洽平均场探讨27-45

2.1 引言27-28

2.2 蠕虫链高分子刷论述框架28-33

2.1 蠕虫链高分子刷自洽平均场论述29-31

2.2 蠕虫链高分子刷简化模型31-33

2.3 数值算法33

2.3 结果与讨论33-43

2.3.1 长链L/a>>1及适中接枝密度υσ/a≤1区域36-38

2.3.2论文导读：论61-654.5本章小结65-67第5章毛细血管内壁糖萼纤维层的耗散粒子动力学模拟67-835.1引言67-685.2模型与策略68-705.2.1高分子刷-剪切流模型69-705.2.2糖萼纤维-压力驱动微流模型705.3结果与讨论70-825.3.1剪切流场下的高分子刷70-755.3.2压力驱动流场下的糖萼纤维层75-815.3.3真实毛细血管流的DPD模拟81-825.4本章
长链L/a>>1及高接枝密度υσ/a>>1区域38-40

2.3.3 刚性高分子刷L/a<<1及高接枝密度vσL/a~2≥1区域40-43

2.4 本章小结43-45

第3章 蠕虫链高分子在平板附近的吸附45-55

3.1 引言45-46

3.2 蠕虫链高分子吸附模型46-48

3.3 数值算法48-49

3.4 结果与讨论49-54

3.4.1 相图及标度律50-51

3.4.2 W>>a区域51-53

3.4.3 W<53-54

3.5 本章小结54-55

第4章 聚电解质星型胶束构象行为55-67

4.1 引言55

4.2 DPD聚电解质模型与策略55-59

4.3 基本标度论述59-61

4.4 结果与讨论61-65

4.5 本章小结65-67

第5章 毛细血管内壁糖萼纤维层的耗散粒子动力学模拟67-83

5.1 引言67-68

5.2 模型与策略68-70

5.

2.1 高分子刷-剪切流模型69-70

5.

2.2 糖萼纤维-压力驱动微流模型70

5.3 结果与讨论70-82
5.

3.1 剪切流场下的高分子刷70-75

5.

3.2 压力驱动流场下的糖萼纤维层75-81

5.

3.3 真实毛细血管流的DPD模拟81-82

5.4 本章小节82-83
参考文献83-91
致谢91-93
攻读博士学位期间发表的学术论文93