Nanotribology of biopolymer brushes in aqueous solution using dissipative particle dynamics simulations: an application to PEG covered liposomes in theta solvent
我们进行的调查剪切聚合物链接枝在平坦的表面上覆盖聚乙二醇刷作为一个案例研究的有效的药物输送机制，在生物相关的情况下，例如，作为载体的局部治疗疾病的人类血管模型脂质体。对于这些应用，需要特定的流变性质，例如在高剪切速率下的低粘度以改善脂质体的运输。因此，对不同长度和剪切速率的聚合物刷进行了非平衡DPD模拟，得到了θ溶剂条件下体系的平均粘度和摩擦系数随剪切速率和聚合度的变化，发现在大剪切速率下聚合物刷经历剪切变稀，粘度和摩擦系数在θ溶剂中的高剪切速率下服从标度律，而与刷的聚合度无关。这些结果证实了最近的缩放预测和再现非常好的趋势，在高剪切的红细胞在脂质体含有介质中的粘度测量。
2013-10-17 cond-mat.soft physics.bio-ph
Spherical Polymer Brushes Under Good Solvent Conditions: Molecular Dynamics Results Compared to Density Functional Theory
采用分子动力学方法和密度泛函理论，研究了在良溶剂条件下，不同链长和接枝密度的柔性聚合物与排斥性球形纳米粒子的粗粒化模型.随着链长的增加，单体密度分布表现出向星形聚合物极限的交叉。得到了聚合物末端的分布和单个聚合物链的线性尺寸，而链的非均匀拉伸的特征在于局部持久长度。单链和全球刷的结构因子以及不同的理论工具的适用范围的结果。最后对实验进行了展望。
2010-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cosolvency response in polymer brushes
Southwest Petroleum University（西南石油大学）；University of Twente（特文特大学）；Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.（德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所）；Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Sciences（中国科学院青海盐湖研究所）；Qinghai Provincial Key Laboratory of Resources and Chemistry of Salt Lakes（青海省盐湖资源化学重点实验室）
本文提出首个解析理论，研究聚合物刷中的共溶性效应，揭示了共溶剂优先吸附导致的聚合物链有效排斥，推导了浓度依赖的χ函数，并预测了溶解和再塌陷转变。
2026-04-26 cond-mat.soft
Strongly Charged Polymer Brushes
带电聚合物刷是表面束缚链的层。实验系统经常是强带电的。在这里，我们计算的盐浓度n_s，接枝密度和聚合物主链电荷密度方面的相图。静电硬化和对流凝结效应的出现是缺乏从弱带电刷。在不同的相态下，链局部或整体完全拉伸，刷高H具有独特的标度形式，在较高的盐浓度下，我们发现H ~ n_s^（-1/3），与实验符合得很好。
2005-08-10 cond-mat.soft
Confetti Ordering by Polymer Brushes
我认为稀释血小板添加剂的订购时，纳入一个端接枝聚合物刷。润湿相互作用和刷子内部的各向异性应力环境之间的竞争导致这些片状添加剂保持悬浮在刷子的外边缘处，平放在刷子表面上（作为静止在地面上的五彩纸屑），或者侵入刷子的内部，在这种情况下，片状物端对着刷子的外边缘，并且在某些情况下突出在刷子的外边缘上方。添加剂的取向通过添加剂的直径与裸刷的厚度的比率以及溶剂-单体和溶剂-薄片相互作用的比率来控制。
2015-05-23 cond-mat.soft
Intramolecular phase separation of copolymer "bottle brushes": No sharp phase transition but a tunable length scale
对称共聚物“瓶刷”分子的晶格模型，其中两种类型（A，B）的灵活的侧链与一个链端接枝到一个刚性的骨干，研究了修剪丰富的Rosenbluth方法（PERM）的一个变体，允许同时增长的所有侧链的Monte Carlo采样。选择排斥二元之间的相互作用不同的单体和不同的溶剂质量，它被发现，相分离成一个$A$丰富的部分的圆柱形分子和一个$B$丰富的部分只能发生局部。长程序（在骨干的方向）不发生，因此从随机混合状态的瓶刷相分离的结构的过渡是强烈的圆形，在相应的平均场预测相反。这种相变的缺乏可以通过与一维空间中的自旋模型的类比来理解。我们预测，沿瓶刷骨干微相分离的范围可以控制在纳米尺度上通过改变溶剂的质量。
2007-09-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brushes of Statistically Branched Polymers
我们确定的自由端的分布和单体插入电位在强拉伸的限制定期和统计支化聚合物刷。我们发现，在非常强的分支极限处，末端密度变平，同时嫁接表面末端密度也随之增强。这种增强确保了广泛的参数范围内，抛物线电位分布被保留，即使是大的正曲率的刷子表面。这大大简化了共聚物相的分析。
2015-07-11 cond-mat.soft
Equilibrium conformations and surface charge regulation of spherical polymer brushes in stretched regimes
在目前的工作中，我们研究的平衡构象的线性聚电解质拴在一个球形的，带相反电荷的核心在平衡与离子水库的固定浓度。特别关注的是放置在拉伸链的情况下，其中的单体浓度是已知的，以显示一个反平方律衰减远离球形表面，然后进一步外推所有的方式下降到接枝核心。虽然移动离子的平衡分布计算在一个经典的密度泛函理论（cDFT）的框架内，将它们的大小和静电相关性内的接枝聚乙烯，后者的平衡配置描述其平均回转半径，这是作为一个变参数，保证整个聚合物-溶剂界面的机械平衡。然后在聚合度、离子浓度和聚合物主链的官能度的宽范围内分析平均粒径。可以确定两个不同的制度：在高离子强度下，接枝聚合物的溶胀主要由离子熵贡献以及聚合物尺寸效应，而在低离子浓度下，静电和熵效应之间的平衡是颗粒拉伸的主要驱动机制。使用蒙特卡罗模拟，然后，我们继续调查的电荷调节的影响时，刷芯进一步装饰与活性功能位点随机分布在其表面上，作为受体，溶解的酸性离子可以被吸附。
2021-11-13 cond-mat.soft
Scaling features of the tribology of polymer brushes of increasing grafting density around the mushroom to brush transition
复杂流体的非平衡粗粒度、耗散粒子动力学模拟，由拴系到浸入溶剂中的平面表面的聚合物刷组成，产生摩擦系数的非单调行为作为基底上的聚合物光栅密度的函数，而粘度显示出对Γ的单调增加的依赖性。这种效果被证明是独立的聚合度，N，和系统的大小。它是由与每个表面相邻的第一颗粒层的组成和结构引起的，该第一颗粒层是由流体的限制引起的。当这种层由与流体中的聚合物珠粒和溶剂颗粒的比例一样接近的聚合物珠粒和溶剂颗粒组成时，摩擦系数显示出最小值，而对于不同的比例，摩擦系数增加。在蘑菇状至刷状转变（MBT）处，粘度以取决于MBT的特征指数（6/5）和溶剂质量指数（对于θ溶剂，ν= 0.5）的指数缩放，但其与聚合度（N）无关。另一方面，当摩擦最小时，MBT处的摩擦系数标度为μ~N^（6/5），而MBT处的接枝密度标度为Γ~ N^（-6/5），与先前的标度理论一致。我们认为，这些方面是合作现象的结果，具有重要意义的生物刷的理解和微流体设备的设计，以及目前的学术和工业利益的其他应用。
2016-12-30 cond-mat.soft
Polymer Brushes in Cylindrical Pores: Simulation versus Scaling Theory
在良好的溶剂条件下，研究了柔性聚合物在直径为D的圆柱形孔中的端接结构与链长N和接枝密度σ的关系。本文发展了描述链的线性尺寸随σ变化的唯象标度理论，并用珠-弹簧模型的分子动力学模拟进行了验证。
2006-04-05 cond-mat.soft
Microphase Segregation in Polyelectrolyte Brushes
本文应用连续空间自洽场理论研究静电与疏水作用竞争引起的聚电解质刷微相分离，发现高接枝密度下多层形态的不连续转变，并将其微观结构与反射光谱及Nafion薄膜实验相联系。
2024-11-14 cond-mat.soft
Stretched Polymers in a Poor Solvent
在二维和三维空间中研究了具有吸引相互作用的拉伸聚合物。它们被描述为有偏的自避免随机游动与最近邻吸引。偏压对应于施加到第一单体和最后单体的相反力。我们发现，无论是在$d=2$和$d=3$的相变发生，因为这个力增加超过一个临界值，在那里的聚合物的变化从一个崩溃的小球拉伸配置。该转变在$d=2$中为二级，在$d=3$中为一级。对于$d=2$，我们从未拉伸聚合物的性质定量预测转变点。这在$d=3$中是不可能的，但即使在那里，我们也可以精确地估计转变点，并且我们可以在略低于未拉伸聚合物的塌陷温度的温度下研究缩放。我们发现非常大的有限尺寸的修正，这将使非常困难的过渡点的估计从简单的模拟。
2002-01-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Signatures of a Concentration Dependent Flory chi Parameter: Swelling and Collapse of Coils and Brushes
聚合物溶剂的质量通常用Flory chi参数来描述，该参数通常假定仅取决于温度T。在某些聚合物-溶剂系统中，拟合实验数据强制用浓度依赖性chieff替换chi（T）。反过来，这改变了膨胀和塌陷行为。这些影响进行了研究，在一个平均场论的框架内，隔离线圈和平面刷。chieff的phi依赖性会产生三个主要后果：（i）高斯和自回避状态之间交叉的转变;（ii）隔离柔性线圈发生一阶塌陷转变的可能性;（iii）一阶的可能性导致刷子内垂直相分离的相变。讨论这些影响直接涉及到热力学测量，并不涉及一个特定的微观模型。聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）的情况下的实施进行了讨论。
2002-06-24 cond-mat.soft
Charge regulation and local dielectric function in planar polyelectrolyte brushes
理解不均匀性对电荷调节和介电性质的影响，以及它如何依赖于大分子的构象特征是一个长期存在的问题。为了解决这个问题，我们已经开发了一个领域的理论来研究电荷调节和局部介电函数的平面刷。该理论被用来研究一个多酸刷，这是由链端接枝在固-液界面，在平衡与含有一价盐离子，溶剂分子和pH控制酸的本体溶液。特别是，我们专注于在确定的局部电荷和介电函数的影响，添加的盐和pH值的散装的浓度。我们的理论研究表明，离子对的偶极矩作为一个结果形成的抗衡吸附在链主链上发挥了关键作用，在影响局部介电函数。对于由具有低于溶剂分子的偶极矩的单体制成的聚电解质，预测刷区域内的介电衰减。然而，形成的离子对（由于吸附的抗衡离子来自所添加的盐的解离）极性比溶剂分子显示相对于其体积值增加的介电函数的大小。此外，在本体盐浓度的增加被示出，以增加刷区域内的局部电荷。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Strong stretching theory of polydisperse curved polymer brushes
该研究将多分散聚合物刷的强拉伸理论拓展至弯曲几何，探究Schulz-Zimm型链长分布下的刷性质与凸结构末端排斥区调控，提出通过链长分布设计链端分布的方法。
2024-06-24 cond-mat.soft
Buckling dynamics of a solvent-stimulated stretched elastomeric sheet
当单轴拉伸时，薄弹性片可表现出屈曲。屈曲的发生取决于板的几何性质和施加的应变的大小。在这里，我们表明，弹性体片材最初稳定的单轴拉伸下，可以不稳定时，暴露于溶剂，溶胀弹性体。我们通过实验和计算证明了屈曲模式的特征取决于拉伸的大小，这一观察提供了一种新的方法来控制膨胀均匀薄片的形状。
2013-11-22 cond-mat.soft
Friction between Ring Polymer Brushes
使用广泛的粗粒分子动力学模拟和缩放参数的熔体密度滑动通过彼此的环形聚合物刷之间的摩擦进行了研究，并将结果进行了比较，线性聚合物刷之间的摩擦。我们表明，对于跨越三十年的速度范围内，环聚合物刷测得的摩擦力是一半的情况下，线性刷相应的摩擦。在线性力状态下，与线性刷相比，两个环刷的弱交叉也导致相对刷的单体之间的二元碰撞的数量较低。在高速下，其中两个相对的刷之间的叉指状层的厚度在单体尺寸的量级上，而不管刷的拓扑结构，环聚合物的拉伸片段采取双链构象。因此，双链区段的单体与相对的环刷的单体碰撞较少，即使对于环和线性刷双层，相似数量的单体占据交叉指状层。从我们的模拟得到的数值数据是一致的，所提出的标度分析。环刷中观察到的构象依赖性摩擦减少在非平衡体系统中可能具有重要的后果。
2015-01-07 cond-mat.soft
Ordering Nanoparticles with Polymer Brushes
将纳米颗粒有序排列成所需的超结构通常对其技术应用至关重要。我们使用分子动力学模拟来研究溶剂蒸发时，纳米粒子在聚合物刷中随机接枝到平面表面的组装。最初，纳米颗粒分散在润湿聚合物刷的溶剂中。在溶剂蒸发之后，纳米颗粒或者在刷子内部或者吸附在刷子的表面，这取决于纳米颗粒-聚合物相互作用的强度。对于强的纳米颗粒-聚合物相互作用，只有当刷密度被微调以容纳单层纳米颗粒时，才形成二维有序阵列。当刷密度高于或低于该最佳值时，纳米颗粒的分布在空间上表现出较大的波动，并且堆积顺序减小。对于弱的纳米颗粒-聚合物相互作用，纳米颗粒在聚合物刷的顶部排列成六边形阵列，只要接枝密度足够高以产生致密的刷。观察到一个有趣的愈合效果的低接枝密度聚合物刷，可以变得更均匀的存在下，弱吸附的纳米粒子。
2017-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Positive Feedback Drives Sharp Swelling of Polymer Brushes near Saturation
该研究解决了PNiPAAm刷的施罗德悖论，通过扩展平均场理论，以浓度依赖的χ参数驱动的溶胀与溶剂质量间的正反馈，解释了高湿度下的急剧溶胀现象，并定量预测了动态润湿转变。
2025-10-28 cond-mat.soft
A polymer brush theory for quantitative prediction of maximum height change between dry and wet states
聚合物刷可以生长在几乎任何固体表面上，并且通过设计，表现出不同的性质和功能，因此它们已被广泛用于工程，能源和医学等许多新兴应用中。特别地，诸如致动、分子释放和摩擦开关的一些应用需要聚合物刷在干燥状态和湿润状态之间改变其高度，并且最大化这种高度变化对于这些应用的最佳性能是关键的。虽然长期以来已经提出了缩放定律来定性地确定刷高度，但是仍然缺乏可以定量地预测刷高度和使刷高度变化最大化的条件的理论，这对于聚合物刷的实际设计是有价值的。在这里，我们采取热力学的方法来制定一个聚合物刷理论计算刷高度在各种条件下的接枝面积，聚合度（DP），和溶剂的质量。我们的模型包括两部分-自由连接链模型来描述弹性的刷子和Flory-Reynner模型来描述刷和溶剂的混合。在干态和湿态下计算的刷高度与文献中的实验数据相当一致。所计算的刷子高度还用于确定最大刷子高度变化的条件。我们的理论可以指导设计的聚合物刷在各种应用中的最佳功能性能，也可以耦合到其他模型来描述更复杂的行为的聚合物刷。
2022-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theoretical Approaches to Neutral and Charged Polymer Brushes
中性或带电的聚合物被密集地末端接枝到表面上，形成刷状结构，并且在良好的溶剂条件下高度拉伸。我们讨论和比较相关的结果，从缩放模型，自洽场方法和MD模拟技术，并集中在平面基板的概念简单的情况下。对于中性聚合物，感兴趣的主要量是刷高度和聚合物密度分布，这可以从自洽计算和模拟中很好地预测。带电聚合物（聚电解质）具有实际重要性，因为它们可溶于水。摩擦自由度以决定性的方式决定了刷子的行为，并导致刷子的强烈和非线性膨胀。
2005-08-31 cond-mat.soft
Inwardly curved polymer brushes : Concave is not like Convex
非线性弯曲的聚合物刷存在于圆柱形和球形胶束中，或者存在于由锚定聚合物修饰的膜、管和囊泡中，并且影响它们的稳定性。我们认为这样的聚合物刷在良好的溶剂，并表明以前的作品，基于自相似的同心结构的刷，是物理上不一致的。我们使用标度律非常简单地推导出高曲率极限中的自由能的主导项，其中渗透压是相关的物理成分。我们还得到了完整的构象在所有曲率使用自洽场的方法。自由能计算使用本地缩放描述。
2001-06-25 cond-mat.soft
Phase behaviour of two-component bottle-brush polymers with flexible backbones under poor solvent conditions
通过分子动力学模拟研究了在不良溶剂条件下具有完全柔性主链的双组分瓶刷聚合物的相行为，使用粗粒珠弹簧模型和高达$N=40$有效单体的侧链。我们考虑一个对称模型，其中A型和B型侧链交替接枝到一个灵活的骨干。本研究的目的是探索双组分瓶刷的相行为取决于参数，如接枝密度$σ$，主链长度$N_b$，侧链长度$N$和温度$T$。基于聚类分析，我们确定了我们的参数范围内的制度，完全相分离系统，即，A型侧链形成一个簇，B型侧链形成另一个簇，而分离这两个簇的界面包含主链单体。我们发现，珍珠项链或Janus样的结构，这通常发生在瓶刷聚合物与刚性骨干在不良溶剂条件下，是完全归因于骨干刚性，因此，这样的结构是不太可能的情况下，瓶刷与完全灵活的骨干。此外，与早期的工作的相行为的单组分瓶刷聚合物与灵活的骨干进行了比较讨论。
2014-04-16 cond-mat.soft
Arm retraction dynamics in dense polymer brushes
大规模蒙特卡罗模拟的接枝聚合物链在良好的溶剂条件下的致密层被用来探索松弛的聚合物刷。分析了平行于和垂直于嫁接平面的方向上的位移。各个段或链段的自关联函数作为时间的函数被监测。我们表明，接枝层以及在刷政权的终端弛豫时间$τ$指数增长与聚合度$N$的链，$τ\propto N^{3}\exp(N/N_{e})$，与$N_{e}$的聚合度在刷。缠结的聚合物刷的一个具体特征是垂直分量的后期弛豫对于所有区段都一致。我们使用这个观察来提取纠缠刷的终端弛豫时间。
2021-04-12 cond-mat.soft physics.chem-ph
Predicting Polymer Brush Behavior in Solvents using the Steepest-Entropy-Ascent Quantum Thermodynamic Framework
本文利用SEAQT框架结合副本交换Wang-Landau算法，研究温度对聚合物刷的影响，建立了从初始到平衡态的动力学路径，预测了聚苯乙烯刷在环己烷中的密度分布及多种非平衡路径下的热力学与结构性质。
2023-11-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Friction coefficient and viscosity of polymer brushes with and without free polymers as slip agents
有充分的证据表明，聚合物刷减少表面之间的摩擦。一些工业应用利用了这一事实，例如在塑料袋生产中，刷子用作增滑剂;然而，引起这种摩擦减少的复杂机制尚未完全理解。在这项工作中，我们报告粗粒度，耗散粒子动力学模拟进行表面功能化与erukamide刷，一种聚合物，通常用于塑料工业作为表面之间的增滑剂。我们计算了它们的流变性能，如摩擦系数（COF）和粘度，η，作为固定的Couette流的影响下的表面上接枝的链的数量的函数。此外，我们还考虑的情况下，当一小部分的erukamide链不被吸附，并在表面之间自由移动。我们表明，在这两种情况下，COF达到约0.29的平衡值，与实验结果一致。另一方面，粘度单调增长，这是由于当芥酸酰胺含量增加时碰撞增加的结果。刷之间的力被发现是在协议从缩放理论的预测。我们发现，除了自由链有助于稳定膜形成的刷子和溶剂，因为其他人已经发现实验。引起这些现象的机制进行了详细研究。
2016-03-14 cond-mat.soft
Selective colloid transport across planar polymer brushes
提出平均场理论分析平面聚合物刷中胶体的结合与传输，揭示通过调整刷性质实现高选择性和渗透性的条件，为设计传感纯化装置和理解生物聚合物刷功能提供理论支持。
2025-04-03 cond-mat.soft
Non-linear Osmotic Brush Regime: Experiments, Simulations and Scaling Theory
我们从实验和理论上考虑高度凝聚的带电聚合物制成的平面刷。使用固定在水-空气界面的聚电解质上的X射线反射率，结果表明，这种强烈拉伸的刷子在侧向压缩时显示出轻微但可检测的高度变化。这与在所谓的渗透刷制度，预测刷的高度是独立的接枝密度被广泛接受的缩放关系。在高度压缩的带电刷上的模拟中看到了类似的效果。标度参数超出了线性近似的熵限制抗衡离子和弱链拉伸能够解释这些发现在半定量水平上。
2005-04-18 cond-mat.soft
Solvent Entropy in and Coarse-Graining of Polymer Lattice Models
在聚合物体系的常规晶格模型中使用的自避免和相互避免的行走要求所有晶格位点、聚合物链段和溶剂分子（未占据的晶格位点）具有相同的体积。这不正确地解释了溶剂熵（即，聚合物链段和溶剂分子之间的尺寸比），并且还限制了这种模型的粗粒化能力，其中与大多数实验相比，控制系统波动的不变聚合度太小（因此夸大了系统波动）。在这里，我们展示了如何正确地考虑最近提出的晶格模型中的溶剂熵与晶格位置的多重占用[Q。Wang，软物质5，4564（2009）]，并提出了一种定量粗粒化策略，该策略确保使用这种晶格模型适当地考虑了原始系统中的溶剂熵和波动。虽然提出了基于均匀的聚合物溶液，我们的策略是同样适用于非均匀的系统，如聚合物刷浸入在一个小分子溶剂。
2012-11-21 cond-mat.soft
Surface anchoring on liquid crystalline polymer brushes
我们提出了一个Monte Carlo研究的表面锚定的接枝液晶链分子的溶胀层上的一种非线性流体。液晶颗粒采用软排斥椭球模型，链由相同的颗粒组成。一个适当的修改版本的构型偏置蒙特卡罗算法的介绍，它删除和重新分配链键，而不是整个单体。利用该算法，可以研究较宽范围的接枝密度。选择基底使得其有利于平面取向（平行于表面）。根据接枝密度，我们发现三个锚定制度：平面，倾斜，和垂直对齐。在低接枝密度下，取向主要由基底驱动。在高接枝密度下，基底逐渐失去其影响，而取向由刷子和纯溶剂之间的界面结构决定。
2002-05-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of counterion fluctuations in a polyelectrolyte brush
通过系统地展开Poisson-Boltzmann平均场论中的反作用自由能，研究了在没有外加盐的情况下单刷体系中的反作用涨落效应.我们发现，对于强带电刷，有一个崩溃制度中，刷的高度随电荷的增加而减少的双链。到这种坍缩状态的转变类似于液-气转变，其具有终止于临界点的一阶线。我们发现，对于单价抗衡离子的过渡是不连续的θ溶剂，而多价抗衡离子的过渡一般是连续的。对于塌陷刷，刷高度不是独立的接枝密度，因为它是渗透刷，但规模与它的线性。
2003-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Exploiting Scaling Laws for Polymeric Bottle Brushes: a Theoretical Coarse-Graining for Homopolymeric Branched Polymers
瓶刷是由接枝有侧链的线性聚合物主链制成的聚合物大分子。接枝密度σg、接枝侧链长度ns及其化学性质的选择完全决定了每种大分子的性质，例如其弹性和其折叠行为。通常，实验瓶刷是由数万个单体单元组成的系统，使得计算方法非常昂贵，特别是在瓶刷解决方案的情况下。因此，对这些大分子进行适当的粗粒化描述显得至关重要。我们在这里提出了一种理论方法，能够开发一个通用的，可转移的和分析的多尺度粗粒化的均聚瓶刷聚合物在良好的溶剂条件下。从标度理论开始，每个大分子被映射到一条拴系的星形聚合物链上，其有效势能从标度预测、计算和实验验证中得知，并且可以表示为臂数f的函数，和每个臂的长度na。然后恒星彼此拴在一起，它们之间的有效势能仅取决于原始星系的关键参数。瓶刷聚合物（σg，ns）。然后，使用的广义形式的有效势再现与标度理论和模拟得到的大分子的性质。在目前的研究中得到的有效电位的一般形式允许的理论和计算描述的所有接枝密度和所有长度的骨干和接枝臂的均聚瓶刷聚合物的性能，打开了多种应用程序的路径。
2019-08-08 cond-mat.soft
Impact of Surface Curvature, Grafting Density and Solvent Type on the PEGylation of Titanium Dioxide Nanoparticles
TiO 2纳米颗粒（NPs）是生物医学应用中吸引人的材料，前提是它们被聚合物包覆以改善溶解性、分散性和生物相容性。构象、覆盖密度和溶剂效应在很大程度上影响它们的功能性和稳定性。在这项工作中，我们使用原子分子动力学模拟研究聚乙二醇（PEG）接枝到高度弯曲的二氧化钛纳米粒子（2-3 nm）在不同的溶剂。我们比较了纳米粒子与（101）平面上的涂层聚合物构象。在水中，从蘑菇状构象到刷状构象的转变仅在高密度（σ = 2.25链/nm 2）下开始。在二氯甲烷（DCM）中，在低-中等覆盖度（σ < 1.35链/nm 2）下，PEG链主链和欠配位Ti原子之间建立了几种相互作用，而在σ = 2.25链/nm 2下，构象明显变成刷状。最后，我们证明了这些球形刷，当浸入水中，但不是在DCM中，遵循Daoud棉花（DC）的经典缩放模型的聚合物体积分数的依赖性与距离中心的星形系统。
2019-08-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanical unfolding of a homopolymer globule studied by self-consistent field modelling
我们目前的结果的数值自洽场（SCF）计算的平衡机械展开的小球形成的一个单一的灵活的聚合物链崩溃在不良溶剂。根据早期的标度理论和随机动力学模拟结果，我们已经确定了三种伸展变形机制：（i）线性响应状态，其特征在于弱伸长的（ii）蝌蚪结构，在变形的中间范围，具有与拉伸的“尾巴”共存的球形“头”，和（iii）在强延伸处均匀拉伸的链。从蝌蚪的构象过渡到拉伸链是伴随着一个突然展开的耗尽球状头和相应的跳跃式下降链内张力。展开-再折叠循环在转变点附近表现出滞后回线。这三个制度的变形，以及一阶像蝌蚪和拉伸链构象之间的过渡，可以通过实验观察到的条件是，在链中的单体单元的数量是大的和/或溶剂的质量是足够差。另一方面，对于短链，在中等差的溶剂强度条件下，解折叠转变是连续的。在所施加的端到端距离增加时，延伸的小球在任何程度的变形下都保持纵向均匀的形状。在所有情况下，该系统表现出负的拉伸模量在中间范围内的变形。我们预计，预测模式的力变形曲线的聚合物分子在不良溶剂中可以观察到在单分子原子光谱实验。
2009-07-22 cond-mat.soft
Humidity-induced glass transition of a polyelectrolyte brush creates switchable friction in air
研究聚电解质刷在空气中因湿度诱导玻璃化转变实现可切换摩擦，发现临界湿度后摩擦骤降两个数量级，为蒸汽刺激表面致动提供新机制。
2023-10-21 cond-mat.soft physics.app-ph
Excluded volume effect in flexible dendrimer systems: A self-consistent field theory
研究了柔性树枝状大分子在无热溶剂和良溶剂中的构象和标度行为。采用自洽的场论，并结合代表两体短程相互作用的预平均排斥体积势，计算了各代和分支点的密度分布。我们的计算结果支持“致密核”模型。我们发现树枝状大分子的构象在密集的中心区域是强烈拉伸的，但在链段密度分布为肩形的外部区域拉伸得很弱。我们的自洽场论计算和Flory平均场论计算都给出了与（GP）^0.2N ^0.4成正比的标度律R，其中G是树枝状大分子的代数，P是间隔链段数，N是总链段数。如果我们固定G，标度律简化为在良溶剂中R与P^0.6成正比。
2018-08-29 cond-mat.soft
Transitions of tethered chain molecules under tension
施加的张力改变束缚到平面衬底的聚合物链的平衡构象，从而影响吸附转变以及线圈-小球和结晶转变。相反，溶剂质量和表面吸引力反映在可以在实验中测量的平衡力-延伸曲线中。为了从理论上研究这些效应，我们研究了束缚链的张力与王朗道模拟的键涨落晶格模型。将我们的模型应用到生物分子的拉伸实验中，我们得到了在中间力范围内的实验数据的良好描述，其中通用功能占主导地位，有限尺寸效应很小。对于拴系链在不良溶剂中，我们观察到预测的两相共存的过渡从小球拉伸构象，也发现直接过渡从结晶拉伸构象。通过评估广泛的溶剂条件和张力的状态密度构建的有限链的相图显示了如何增加张力导致消失的球状相。对于链在良好的溶剂拴到硬和有吸引力的表面，我们发现预测的缩放与链长在低力制度，并表明我们的结果是很好地描述了一个分析，独立键近似的最高张力的键波动模型。最后，对于硬的或稍微有吸引力的表面，束缚链的拉伸是不对应于相变的构象变化。然而，当表面吸引力足以吸附链时，它将在所施加的力的临界值处经历脱附转变。我们的结果表明，力诱导解吸过渡是不连续的共存区域中的部分解吸的构象。
2014-09-09 cond-mat.soft
Computer simulation of bottle brush polymers with flexible backbone: Good solvent versus Theta solvent conditions
通过对具有$N_b$有效单体主链和具有$N$有效单体的$σ$侧链的圆柱形分子刷的粗粒珠-弹簧型模型的分子动力学模拟，研究了不同溶剂质量的几种特征长度尺度。侧链长度在$5 \le N \le 40$的范围内，主链长度在$50 \le N_b \le 200$的范围内，并且我们对简单立方晶格上的键波动模型的结果进行比较（对于该模型，可以访问长得多的链，$N_b \le 1027$，并且其对应于非热的，非常好的溶剂）。我们得到的侧链和主链的线性尺寸，并讨论其$N$依赖的幂律和相关的有效指数。我们表明，即使在θ点的侧链是相当大的拉伸，其线性尺寸取决于溶剂的质量只有弱。有效的持久性长度提取的取向相关性和从骨干端到端的距离，它表明，不同的措施的持久性长度（这将都同意高斯链）是不相互一致的彼此，并明显依赖于$N_b$和溶剂的质量。对有关实验进行了简要讨论。
2011-11-02 cond-mat.soft physics.chem-ph
Strongly Charged, Flexible Polyelectrolytes in Poor Solvents -- Molecular Dynamics Simulations
我们提出了一套分子动力学（MD）模拟强电荷，灵活的双链在贫溶剂条件下的无盐溶液。的链和解决方案的结构特性的报告。通过改变聚合物密度和静电相互作用强度，我们研究了从占主导地位的静电相互作用到强屏蔽制度的交叉，其中疏水相互作用占主导地位。在交叉期间，观察到大量结构。在高分子密度的极限（相当于强屏蔽静电相互作用），我们发现链的高度塌陷，但没有观察到凝聚或相分离。研究表明，自由电荷密度是决定系统行为的相关参数之一，因此可以作为解释实验结果的参数。
1998-12-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Flexible Polyelectrolytes with Monovalent Salt
本文提出了一个模型来描述在良溶剂中和在一价盐存在下的柔性聚电解质。由$N$单体组成的分子的特征在于末端到末端的距离$R_e=b (Z-1)^γ$和缔合的抗衡离子$n$的数目。在高温下，该聚合物表现为中性聚合物（$γ=0.588$）。降低温度，大分子从这种伸展构型（$γ=0.588$）变为伸展形式（$γ\approx 1$）。在更低的温度下，在曼宁凝结阈值以上，超导体崩溃（$γ\approx 0.3$）。我们的研究结果显示出良好的协议与模拟。
2004-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Layer-by-layer assembly of colloidal particles deposited onto the polymer-grafted elastic substrate
利用自洽场和密度泛函理论，我们提出了一种在聚合物接枝基底上实现胶体空间有序排列的新途径。我们发现，接枝聚合物到基板上可以有效地控制沉积的胶体之间的平衡的结果的空间分散的胶体沉降力和熵弹性力的刷子，和胶体可以形成意想不到的有序结构上的接枝基板。胶体颗粒在弹性“软”基底上的沉积过程包括两个步骤：刷介导的胶体晶体的一维排列和受控的逐层生长，所述逐层生长由非吸附性聚合物溶剂熵驱动，随着颗粒的增加。结果表明，通过简单地使用接枝基板，而不是周期性图案化的模板，在适当选择的胶体尺寸，有效的沉积电位，刷覆盖密度的高度有序和无缺陷的结构的生产的可能性。
2006-11-04 cond-mat.soft
Cross-linking patterns and their images in swollen and deformed gels
使用的聚合物凝胶的弹性理论，我们表明，大规模的交联密度图案写入网络的结构在熔融状态下，可以显示通过监测单体密度图案溶胀。我们发现，虽然在良好的溶剂中的各向同性变形产生放大的原始图案的图像，各向异性变形扭曲的图像（这两种类型的变形产生affrinate拉伸图像在$θ$溶剂）。我们表明，在普通固体的剪切模量的空间不均匀的配置文件，各向同性拉伸导致扭曲的密度图像下各向同性变形的这个配置文件。使用简单的物理参数，我们证明了不同的响应各向同性拉伸源于固体和凝胶的弹性理论之间的根本差异。可能的测试，我们的预测和一些潜在的应用进行了讨论。
2015-07-10 cond-mat.soft
Stretching an adsorbed polymer globule
利用分子动力学模拟，我们研究了吸附的均聚物在不良溶剂中的拉伸与一端举行的距离$z_e$从基板。我们测量链末端的垂直力$f$作为延伸$z_e$和基底相互作用能$w$的函数。力在大的延伸处达到平台值。在强吸附极限，我们表明，平台值线性增加$w$与理论模型的良好协议。在弱吸附极限下，形成具有层状结构的聚合物小球，并在拉伸时发生弹性变形。在这两种情况下，一个简单的理论模型使我们能够预测的必要力完全分离的聚合物和其临界延伸之间的关系。
2004-06-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scattering function of semiflexible polymer chains under good solvent conditions
利用截断-富集Rosenbluth蒙特卡罗算法，在考虑拉伸力的影响下，在$d=2$和$d=3$维上计算了半柔性大分子稀溶液在良溶剂条件下的散射函数.使用自避免行走的$N = 25600$步骤上的正方形和简单立方晶格，可变链刚度建模通过引入能量罚$ε_b$链弯曲;改变$q_b=\exp (- ε_b/k_BT)$从$q_b=1$（完全柔性链）到$q_b = 0.005$，持久长度可以变化超过两个数量级。对于未拉伸的半柔性链，我们测试的Kratky-Porod蠕虫状链模型描述的散射函数的适用性，并讨论方法提取持久性长度估计散射。虽然在$d=2$中，从棒状链到自避免行走的直接交叉使Kratky-Porod描述无效，但如果Kuhn段$n_K$的数量不超过极限值$n^*_K$（取决于持久长度），则在$d=3$中对于刚性链成立。对于拉伸链，Pincus斑点大小作为进一步的特征长度尺度输入。如果使用实际观察到的链延伸$<X>$（在力的方向上的端到端距离）以及相应的纵向和横向线性尺寸$<X^2> - <X>^2$、$<R_{g,\bot}^2>$，则通过修改的德拜函数很好地描述了散射的各向异性。
2012-08-17 cond-mat.soft
Branched Polymers with Excluded Volume Effects/ Configurations of Comb Polymers in Two- and Three-dimensions
我们研究了具有$ν_{0}=1/4$的孤立梳形聚合物在良溶剂中的排斥体积效应。特别是，我们调查的变化的大小指数，$ν$，定义为$\langle s_{N}^{2}\rangle\propto N^{2ν}$，为各种完全扩展的配置。结果表明，给定完全伸展的主链和侧链，指数取值$ν=1/2$，而不考虑侧链的构型异构化;仅指前因子改变。
2022-01-24 cond-mat.soft
Pulling absorbing and collapsing polymers from a surface
一个自相互作用的聚合物的一端连接到一个粘性的表面已经研究了通过一个平坦的直方图随机增长算法称为FlatPERM。我们研究了四维参数空间的单体的数量高达91，自吸引力，表面吸引力和力施加到聚合物的一端。利用这个强大的算法的\emph{complete}参数空间的相互作用和力已被认为是。最近，已经证实，在低温/不良溶剂条件下出现状态层次，其中聚合物存在于靠近表面的有限数量的层中。我们发现当适当的力施加到聚合物上时，从拉伸相到这些分层相的重入行为。我们还发现，与预期相反，当施加足够强的临界力时，聚合物从表面解吸，并且\emph{not}通过一系列脱层过渡或单体-单体过渡而超越。
2004-10-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Brownian cluster dynamics with short range patchy interactions. Its application to polymers and step-growth polymerization
我们提出了一种新的模拟技术，来自布朗集团动力学迄今为止用于研究各向同性胶体聚集。它现在实现了经典的Kern-Frenkel势来描述粒子之间的斑块相互作用。这种技术可以访问系统的静态属性，动态和动力学，甚至远离平衡。粒子的热运动建模使用数十亿个独立的小的随机平移和旋转，被排除的体积和连接的约束。该算法，适用于一个单一的聚合物链导致正确的静态和动态特性，在框架中，流体动力学相互作用被忽略。通过改变贴片角，可以获得不同的链柔性。我们已经使用这种新的算法来模拟各种溶剂质量下的逐步增长聚合。聚合反应是由补丁之间的不可逆聚集建模，而各向同性的有限方阱电位叠加，以模仿溶剂的质量。在不良溶剂条件下，发生相分离（由于各向同性相互作用）和聚合（由于斑块）之间的竞争。令人惊讶的是，一个结构非常奇特的被捕网络出现了。它由线和节点组成。链聚集了一些伸展的链，这些链陷入纠缠的球形节点。这些节点充当股之间的网状点。该系统是动力学驱动的，我们观察到一个被困逮捕的结构。这证明了这种新的模拟技术的优势之一。它可以提供有价值的见解机制，可能参与形成的链凝胶。
2014-04-15 cond-mat.soft
Poroelasticity of bottlebrush and linear polymer networks
本文通过孔弹性弛豫压痕实验对比线性与瓶刷状聚合物网络，揭示网络结构对渗透率标度行为的影响，并发现二者渗透率可由干剪切模量统一描述。
2025-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamic Compression of in situ Grown Living Polymer Brush: Simulation and Experiment
一个比较动态的蒙特卡罗模拟研究多分散活性聚合物刷，由表面引发的活性聚合，和传统的聚合物单分散刷，包括线性聚合物链，接枝到一个良好的溶剂条件下的平面基板。在将引发剂阵列放置在接枝平面上与最初未键合的链段（单体）的溶液接触之后，通过末端单体（解聚）反应产生活性刷。在平衡状态下，LPB的单体密度分布随离接枝面z的距离的增大而呈指数衰减，而刷状结构中的链长分布则呈指数变化。测量值α= 0.64和τ= 1.70非常接近在扩散限制聚集理论框架内预测的值，α= 2/3和τ= 7/4。在不同的平均聚合度（L = 28 ~ L = 170）和有效接枝密度（σ_g = 0.0625 ~ σ_g = 1.0）下，我们观察到模拟LPB的力-距离行为与我们自己从PNIPAAm刷上的胶体探针AFM分析获得的实验数据以及Plunkett等人获得的数据几乎完全一致。例如，[Langmuir 2006，22，4259]，来自对相同聚合物的SFA测量。
2012-11-30 cond-mat.soft
Non-linear Osmotic Brush Regime: Simulations and mean-field theory
我们采用理论分析和分子动力学模拟技术研究了渗透态下的微刷。在模拟中，在中等Bjerrum长度，我们观察到刷的高度随接枝密度弱，在接受的比例定律，预测刷的厚度独立的接枝密度相反。我们表明，这种行为可以解释考虑横向静电效应（在非线性泊松-玻尔兹曼理论）结合横向和纵向自由度之间的耦合，由于保守的聚合物体积（这是忽略的缩放参数）。我们还考虑到非线性弹性的链，这使得显着的影响，因为链几乎完全拉伸的渗透制度。结果表明，所有这些因素导致作为接枝密度的函数的刷高度的非单调行为。在大的接枝密度下，由于体积约束，刷高度随着接枝密度的增加而增加。在较小的接枝密度下，我们获得了链的重新伸展以降低接枝密度，这是由横向静电作用和聚电解质链上的反离子凝聚过程引起的。这些结果是假设所有的抗衡离子被捕获内的刷，这是有效的足够长的链大的电荷分数。
2005-04-18 cond-mat.soft
Conformational Studies of bottle-brush polymers absorbed on a flat solid surface
用蒙特卡罗模拟的粗粒模型，其特征在于在散装，假设稀溶液在良好的溶剂条件下的一个链端接枝到一个平坦的基板表面的瓶刷聚合物的吸附进行了研究。应用简单立方晶格上的键涨落模型，我们改变主链长度$N_b$从$N_b=67$到$N_b = 259$有效单体单元，侧链长度$N$从N=6到N=48，以及接枝密度$σ=1$，即，这些参数很好地对应于实验可达到的范围。当吸附能强度$ε$变化时，我们发现吸附跃迁（对于任意有限的$N$，它在极限$N_b \rightarrow \infty$中变得很好地定义）大致发生在与普通线性链（N=0）相同的值$ε_c$，至少在我们的统计误差范围内。均方端到端的距离和侧链的回转半径，以及在垂直于吸附表面的方向上的单体密度分布。研究表明，对于较长的侧链，瓶刷的吸附是一个两步过程，侧链的垂直线性维数随吸附能强度的减小甚至可以是非单调的。此外，静态结构因子$S(q)$的行为进行了分析，一个准二维尺度的证据，并解释实验的后果进行了讨论。
2010-09-17 cond-mat.soft
The escape transition of a compressed star polymer: Self-consistent field predictions tested by simulation
当聚合物被半径为$R$的圆柱形活塞压缩时，发生聚合物“蘑菇”（在良溶剂中接枝到平坦的非吸附基底表面的柔性链）的逃逸转变，该圆柱形活塞的半径远远超过链回转半径。在该转变处，链构象突然从二维自避免的斑点行走（直径为$H$，活塞在基底上方的高度）改变为“花状构象”，即拉伸的几乎一维的斑点串（具有端到端距离$\approx R$）和链的“逃逸”部分，即活塞外部的“冠”。这个问题的延伸与$f$臂的星形聚合物的情况下被认为是，假设该中心的星接枝到基板。问题被认为是在压缩下的武器逃脱所有一起，或是否有发生手臂手臂的手臂逃脱下增加压缩。自洽场计算和分子动力学模拟都支持后者。
2013-09-16 cond-mat.soft
