三维吸附紧密高分子单链的力学性质研究.pdfVIP

维普资讯 第 4期 高 分 子 学 报 No．4 2007年 4月 ACTA P0LYMERICA SINICA Apr．，2007 三维吸附紧密高分子单链的力学性质研究 李 明 章林溪 (温州大学物理系 温州 325007) 摘 要 采用PERM(pruned-enrichedRosenbluthmethod)算法，研究了吸附在界面附近的紧密高分子链力学行为． 发现当界面的吸附能比较大时，紧密高分子链从紧贴于吸附界面到逐渐远离的过程中，其外形会经历4种典型 的变化 ．同时紧密高分子链 的尺寸大小如R ／N、S ／N、S ／N，形状参数 ，热力学性质如每 个键 的平均 自由能 A／Ⅳ，平均相互作用能 U／Ⅳ等 ，甚至所受外力的大小都会 同时做出相应 的变化 ，其 出现 变化的位置也一致 ．特别是随着紧密高分子链离开吸附界面的过程中，作用于高分子链上的外力明显出现几个 力学平台，这与实验得到的结果完全一致 、同时还研究了弱吸附能的情况 ，在这种情况下实验是很难进行的． 关键词 紧密高分子链吸附，力学性质，PERM算法 由于在生物工程 、纳米材料等学科都广泛地存 法完成的特殊实验以及理想实验 ；也可以从理论上 在着高分子链 的吸附问题，所以高分子链在吸附界 验证这一特殊力学行为的模型与成因．本文采用计 面附近的物理行为的研究一直都是一个令人感兴 算机模拟的方法来研究这一物理问题，一方面是在 趣的问题 ．吸附界面虽然是一种最简单的限制，但 理论上解释 Hugel_6和张希 等的实验工作，另一 会对其 附近 的高分子链会产生显著 的影响．de 方面是提供那些实验上还未能获得的结果．通过这 Gennes…最早强调了界面附近的高分子链构象 问 些研究，将深入了解高分子链在表面吸附过程中的 题的重要性 ，他首先从理论上研究了高分子链的链 各种行为、构象以及力学性质． 端若与界面有强吸引作用，则界面上会富集 ．吴大 诚等对不同维数下端基 附壁 的尾型链 和环型 1 模型与计算 链 进行了构象统计研究．Casassa则对高斯链 本文采用基于三维简立方格点上 的自避行走 在平面壁附近链段的分布也进行了理论研究．然而 模型，如图1所示 ，在这个模型中，吸附界面所在的 由于实验方面的局限，很久以来人们对此认识都难 位置是 z=0的 y平面 ．力作用于紧密高分子链的 以深入 ．最近，Hugel 和张希 等用 Single—Molecule 某一点，使紧密高分子链分成两部分 ，其长度分别 ForceSpectroscopy(SMFS)方法在实验上测量 了在 为 a和 b，则有 a+b=N，这里 Ⅳ是链长．这里采 吸附界面附近的高分子链的力学行为，这为深入地 用紧密高分子链模型主要是想模拟蛋白质分子 ，当 研究高分子链在吸附界面附近的力学行为提供了 然一般蛋白质分子的结构非常复杂 ，但其有一个最 实验基础 ．通过进一步的实验 ，他们还获得 了 大的特点是结构非常紧密 ，所以有时候人们可以用 高分子链在不同溶液情况下固液界面的吸附行为， 紧密高分子链来代替蛋 白质分子n ，另外蛋 白质 如高