The conformation of thermoresponsive polymer brushes probed by optical reflectivity
我们描述了一个基于显微镜的光学设置，使我们能够进行空间和时间分辨的测量的光谱反射率的透明基板涂敷的薄膜。应用该技术研究了由聚（N-异丙基丙烯酰胺）接枝到玻璃上制成的温敏聚合物刷在水中的行为。我们表明，光谱反射率测量产生的构象和轴向结构的刷子作为温度的函数的定量信息。我们研究了分子参数（接枝密度、链长）对刷状聚合物水化状态的影响，为在聚合物的低临界溶解温度附近发生垂直相分离提供了为数不多的实验证据。聚（N-异丙基丙烯酰胺）刷循环温度后的滞后行为的起源也澄清。因此，我们证明，我们的光学技术允许刺激响应聚合物层的深入表征，这对于智能聚合物涂层在驱动，门控或传感应用中的合理设计至关重要。
2016-03-24 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
Structure of one-component polymer brushes: Groundstate considerations
提出了一种描述单组分聚合物刷横向结构的粗粒度模型。在这个模型中，一个单一的聚合物链被描述为只有两个坐标，即接枝单体的位置，和非接枝端的单体。由于其简单性，可以分析大量结构单元的横向排列，每个单元包含数百个聚合物。我们在这里考虑相应的低能量配置。只要接枝密度足够大，即使接枝单体无规分布，后者也都是六方有序的。
2014-02-18 cond-mat.soft
Many-Chain Effects on the Co-nonsolvency of Polymer Brushes in a Good Solvent Mixture
聚合物刷通常在良溶剂中溶胀，在不良溶剂中塌陷。聚合物刷的异常响应，所谓的共不溶，是刷在良好溶剂混合物中反直觉地塌陷的现象。在这项工作中，我们采用分子动力学模拟研究的结构特性的接枝聚合物上发生的共不溶。以不同接枝密度的刷为研究对象，研究了拓扑排斥体积对共不溶性的影响。我们发现，刷的高度遵循一种新的缩放行为的接枝密度$h \sim σ_{\text g}^{0.71}$在共-非溶剂混合物。利用标度指数和Alexander-de Gennes理论，得到了预测单体密度的解析函数。共非溶剂中的多链效应导致分子间和分子内桥连结构的形成。增加接枝密度需要较低的成环事件发生，因为分子间的桥接，导致不同的结构特性。我们报告的平均厚度，聚合物的取向，和成环的概率随着接枝密度的增加而变化。在此基础上，以平均厚度和取向为序参量，构建了聚合物刷体系的相图。我们的模拟和分析结果揭示了在聚合物刷共不溶的性质，在一个明确的方式，并将有助于提供实际的应用，如药物输送和传感器设备的指导方针。
2019-08-23 cond-mat.soft
Free energy of alternating two-component polymer brushes on cylindrical templates
我们使用计算机模拟研究的稳定性的两个组件的聚合物刷上的一个弯曲的模板去混合成不同的形态学特性的阶段。先前已经通过分子动力学模拟表明，具有不同长度并锚定到圆柱形模板上的不混溶链将相分离成垂直于圆柱轴取向的不同宽度的条纹相。我们计算了各种条纹宽度的自由能差，并提取两种聚合物，N_1和N_2的大小之间的简单关系，和条纹宽度的自由能依赖。我们解释这些关系，使用简单的物理参数的基础上以前的理论工作的自由能聚合物刷。
2011-12-06 cond-mat.soft
Polymer Brushes and Grafted Polymers: AI/ML-Driven Synthesis, Simulation, and Characterization towards autonomous SDL
Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Department of Chemical and Biomolecular Engineering, University of Tennessee at Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校化学与生物分子工程系）
本文提出利用AI/ML技术优化聚合物刷和接枝聚合物的合成、模拟与表征，通过高通量实验和数据驱动方法推动科学发现和应用开发。
2026-02-16 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
Self-Consistent Field Theory of Brushes of Neutral Water-Soluble Polymers
用有效Flory相互作用参数$χ_{eff}(T,ϕ)$描述了由两态模型描述的中性水溶性聚合物刷的自洽场论，该参数依赖于温度T和单体体积分数$ϕ$。在存在和不存在垂直相分离的情况下获得浓度分布、自由端分布和压缩力分布。层内的垂直相分离导致独特的压缩力曲线和浓度曲线的矩对接枝密度的图中的最小值。该分析被明确应用到Karalstrom模型。讨论了聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）刷的相关性。
2003-08-28 cond-mat.soft
Structure of Polymer Brushes in Cylindrical Tubes: A Molecular Dynamics Simulation
采用分子动力学模拟对一端与圆柱孔表面相连的柔性大分子的粗粒珠弹簧模型进行了模拟。链长$N$和接枝密度$σ$在很宽的范围内变化，并研究了三种孔径下从"蘑菇“到"刷子”行为的交叉。的单体密度分布和自由链端的分布进行计算和比较，在平坦的基板上的聚合物刷的相应的模型。发现对于足够大的孔直径存在$N$和$σ$的状态，其中孔中的刷高度超过平坦衬底上的刷高度，而对于足够大的$N$和$σ$（和足够小的孔直径），发生相反的行为，即刷被约束压缩。这些结果被用来讨论相应的理论聚合物刷在凹面基板。
2006-06-26 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
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
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
Ordered qausi-two-dimensional structure of nanoparticles in semiflexiblering polymer brushes under compression
采用分子动力学（MD）方法对环状聚合物刷的粗粒珠-弹簧模型进行了模拟。柔性聚合物刷在压缩期间总是无序的，而半柔性刷在足够强的压缩下倾向于有序。此外，半柔性聚合物刷的聚合物单体密度在聚合物刷表面附近很高，导致自由能在聚合物刷表面附近出现峰值。因此，通过在半柔性环刷系统中压缩纳米颗粒（NPs），NPs倾向于在刷表面和不可穿透的壁之间呈现紧密堆积的单层结构，这为设计响应性应用提供了新的途径。
2017-01-20 cond-mat.mes-hall 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
Interactions between colloidal particles induced by polymer brushes grafted onto the substrate
我们调查的两个胶体粒子之间的相互作用能或沉浸在非吸附聚合物刷接枝到基板上作为一个功能的分离的粒子通过使用自洽场论计算。根据胶体的大小和渗透深度，我们证明了存在的排斥能垒的几个$k_{B}T$，这可以解释为分离的相互作用能分为三个部分：胶体-聚合物的界面能，熵的贡献，由于“耗尽区”重叠的胶体颗粒，和熵弹性能量的接枝链的颗粒压缩。排斥势垒的存在，这是完全熵的起源，可以导致动力学稳定的混合物，而不是耗尽絮凝或相分离。因此，目前的结果可能会建议一种方法来控制胶体的自组装行为的目标结构的形成，通过调整在适当选择的胶体尺寸，有效重力（影响渗透深度），和刷覆盖密度的接枝基板上的胶体相互作用。
2006-10-18 cond-mat.soft
Fluctuation driven height reduction of crosslinked polymer brushes
我们研究的变化时，除了链之间的交联使用键涨落模型的刷的构象。应用于单轴溶胀网络的Flory-Reynner模型预测了与我们的模拟数据不一致的大交联度$q$与$q^{-1/3}$成比例的崩溃。我们发现，刷的高度降低是由单体波动的方向垂直于接枝平面，而不是由于网络弹性。我们观察到，对于相同或不同链上的单体之间的反应，交联的影响是不同的。如果在函数$β(q)$中考虑了由于两种类型的反应引起的有效链长的长度减少，则刷的高度可以从导致$H(q)\approx H_{b}β(q)^{1/3}$的平衡刷高度的Flory方法导出，其中$H_{b}$表示非交联刷的高度。
2021-05-25 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
Dissipative particle dynamics study of solvent mediated transitions in pores decorated with tethered polymer brushes in the form of stripes
我们研究了组分A和B的二元混合物在狭缝状孔中的自组装，其中孔壁被由A类珠子制成的栓刷条纹修饰。重点是溶剂介导的形态之间的过渡时，混合物的组成变化。对于某些限制情况下的孔隙几何形状，我们发现，一个有效的降维可能会导致准一维和二维分层。在将混合物的组成从聚合物熔体改变为良好的溶剂条件时，链的环境的改变为几种溶剂介导的形态的发展机制提供了解释，并且在某些情况下，为它们之间的切换提供了解释。我们发现溶剂介导的层状，曲折和内衬圆筒相。形态结构的定量分析进行考虑刷重叠积分和回转张量分量。
2013-03-25 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
Towards the description of water adsorption in slit-like nanochannels with grafted molecular brushes. Density functional theory
我们已经探索了一个模型，用于将水吸附到狭缝状纳米通道中，该通道具有通过接枝聚合物层形成刷而化学改性的两个壁。一个版本的密度泛函方法被用作理论工具。从Clark等人的工作[Mol.物理、2006，104，3561]充分地再现了本体汽-液共存包络。聚合物层由珍珠项链模型框架内的链状分子组成。每个链分子通过单个终止链段化学键合到孔壁。我们的主要重点是在接枝密度的聚合物层高度的依赖性和吸附流体和刷子之间的界面的微观结构的研究。详细研究了这些性质在吸附时的热响应。这一结果对于理解纳米通道中分子刷的收缩和膨胀具有重要意义。
2020-05-25 cond-mat.soft
The transition from highly to fully stretched polymer brushes in good solvent
本文用Monte Carlo模拟方法研究了在最近的实验中得到的很高的接枝密度的限制下，长链聚合物接枝到平面上的刷的拉伸。的单体密度分布示出偏离抛物线的限制形式预测的自洽场论。观察到从抛物线到完全拉伸的聚合物的快速过渡，其特征在于末端单体高度分布的急剧变化和刷高度与缩放的接枝密度的斜率的明显交叉。
2007-09-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unconventional ordering behavior of semi-flexible polymers in dense brushes under compression
使用粗粒珠弹簧模型的半柔性大分子形成的聚合物刷，聚合物的结构和动力学进行了研究，不同的链刚度和接枝密度。选择接枝链的锚定条件，使得它们的第一个键沿着基底平面的法线取向。压缩这样的半柔性刷的平面活塞被观察到是一个两阶段的过程：对于小的压缩链收缩的“屈曲”变形，而较大的压缩链表现出集体（几乎均匀）的弯曲变形。因此，刚性聚合物刷经历集体键重取向的2阶相变。因此，将刚性刷保持在给定的压缩程度所需的压力明显小于由完全柔性的聚合物链制成的其他相同的刷！虽然刷高度和在垂直于基底的z方向上的链线性尺寸都随着链刚度的增加而单调增加，但横向（xy）链线性尺寸在中间链刚度处表现出最大值。增加接枝密度导致这些横向尺寸的强烈减小，与指数衰减相容。还研究了移除压缩活塞后的恢复动力学，发现其随时间遵循幂律/指数衰减。一个简单的平均场理论考虑，占压缩下的半柔性聚合物刷的屈曲/弯曲行为，建议。
2014-01-27 cond-mat.soft
A Monte-Carlo and Self-Consistent Field calculations of encapsulated spherical polymer brushes
我们提出了广泛的数值自洽场（SCF）和3维非格子蒙特卡罗（MC）的研究结果的球形刷局限于一个球形腔。的单体密度分布和腔压力已被测量的系统中，腔的曲率有一个重要的影响聚合物刷构象。SCF和MC方法之间的直接比较表明，SCF计算是一个有价值的替代MC模拟的情况下，自由和软压缩刷。在强压缩系统的情况下，我们提出了一个扩展的Flory理论的聚合物溶液，其预测被发现是在良好的协议与MC模拟，并具有计算成本低廉的优势。在高压缩范围内，我们发现单体体积分数$v$与空腔压力$P$，$P \sim v^α$成比例关系。SCF计算给出$α=2.15 \pm 0.05$，接近于{ \em des Cloiseaux定律（$α=9/4$）}，而MC模拟导致$α=2.73 \pm 0.04$。我们的结论是，较高的值$α$获得与MC来自单体密度的相关性不包括在SCF形式主义。
2004-06-03 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
Polydisperse polymer brushes: internal structure, critical behavior, and interaction with flow
我们研究了多分散性对聚合物刷结构的影响，通过分析理论，数值自洽场方法，和Monte Carlo模拟。多分散性由Schulz-Zimm链长分布表示。我们特别关注三种不同的多分散性，代表尖锐，温和和非常宽的链长分布，并推导出明确的解析表达式，在这些刷的链端分布。结果与自洽场计算和蒙特卡罗模拟得到的数值数据吻合得很好。随着多分散性的增加，刷密度曲线从凸形变为凹形，并且对于给定的平均链长$N_n$和接枝密度$σ$，发现刷高度$H$在宽范围的多分散性指数$N_w/N_n$上按$(H/H_{\mathrm{mono}}-1)\propto(N_w/N_n-1)^{1/2}$缩放（这里$H_{\mathrm{mono}}$是相应的单分散刷的高度）。链端波动被发现已经在非常小的多分散性强烈抑制。基于这一观察，我们介绍的概念刷作为一个近临界系统的两个参数（缩放变量），$(N_{n}σ^{2/3})^{-1}$和$(N_w/N_n-1)^{1/2}$，控制距离临界点。这种方法提供了一个很好的描述的模拟数据。最后，我们研究了流动中刷涂表面的流体动力学穿透长度$l_\mathrm{p}$。我们发现，它通常增加与多分散性。标度行为从单分散和弱多分散刷的$l_\mathrm{p}\sim N_\mathrm{n}^{1/2}σ^{-1/6}$跨越到强多分散刷的$l_\mathrm{p}\sim N_{n}^{…
2016-12-04 cond-mat.soft
Repulsive interactions of eco-corona covered microplastic particles quantitatively follow modelling of polymer brushes
微塑料颗粒的环境归宿和毒性取决于其表面性质。在环境中，生物分子和天然有机物的吸附层形成所谓的生态冠。这种生态日冕如何改变颗粒的胶体相互作用的定量描述仍然缺失。在这里，我们用胶体探针-原子力显微镜证明，微塑料颗粒上生态电晕的形成在表面上引入了一层柔软的薄膜，从而改变了机械行为。我们测量单粒子粒子之间的相互作用，发现生态电晕形成后的长程排斥作用显着增加。这些力-距离特性很好地遵循Alexander和de Gennes的聚合物刷模型。我们进一步比较所获得的拟合参数，以已知的系统，如多层膜，并提出这些作为一个模型系统的生态冠。生态电晕的基础就像聚合物刷一样与周围环境相互作用，这可能有助于了解环境中微塑料的运输和聚集。
2021-11-16 cond-mat.soft
Excluded volume effects in polymer brushes at moderate chain stretching
我们开发了一个强拉伸近似的聚合物刷的自避免聚合物链。计算了刷的密度分布和末端单体在拉伸方向上的位置分布，并与模拟数据进行了比较。我们发现，与之前基于低接枝密度（中度链拉伸）下高斯弹性的方法相比，我们的方法可以产生明显更好的近似，其中可以忽略由于有限伸展性而引起的校正。
2021-05-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Formation and Equilibrium Properties of Living Polymer Brushes
用非格点Monte Carlo算法研究了由可逆自由基链聚合反应在固体基底上与表面附着的引发剂形成的多分散刷。这种刷的各种性质，如平均链长和聚合物的构象取向，或由刷施加在相对的容器壁上的力，揭示幂律依赖于相关参数。所观察到的接枝LP的分子量分布（MWD）衰减得更慢，比相应的LP本体系统，由于密集的伪刷，有利于较长的链内的单体密度的梯度。接枝聚合物和链端的MWD和密度分布很好地拟合有效的幂律，从而不同的指数变成是相互自洽的伪刷在强拉伸制度。
1999-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Arm retraction dynamics in dense polymer brushes
大规模蒙特卡罗模拟的接枝聚合物链在良好的溶剂条件下的致密层被用来探索松弛的聚合物刷。分析了平行于和垂直于嫁接平面的方向上的位移。各个段或链段的自关联函数作为时间的函数被监测。我们表明，接枝层以及在刷政权的终端弛豫时间$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
Droplet transport in a nanochannel coated by hydrophobic semiflexible polymer brushes: the effect of chain stiffness
本文采用非平衡分子动力学模拟方法研究了链刚度对涂有半柔性疏水聚合物的纳米通道内液滴流动的影响。所研究的系统，然后是一个移动的液滴在狭缝通道中，与它的蒸汽共存，并受到周期性的边界条件的流动方向。由末端珠接枝到限制壁的聚合物链由粗粒模型描述，该模型考虑链连接性、排除体积相互作用和局部链刚度。刷的流变学，摩擦和动力学特性的探索在很宽的范围内的持久性长度。我们发现了丰富的行为的聚合物构象和伴随的变化，在广泛的研究聚合物刚度的摩擦性能。对于持久长度小于其轮廓长度的聚合物，随着链的刚性增加，观察到液滴速度的快速降低。我们发现刷的内部动力学和液滴传输特性之间有很强的关系，这可用于通过表面官能化来定制流动特性。刷层的单体，在液滴下，呈现集体的“跑步机带”样动力学，其只能由于接枝链的存在而存在。我们描述了它的变化，在聚合物刚度的变化，二维速度和密度分布的空间延伸。由于液滴的存在下的聚合物刷的变形进行了详细的分析。最后，通过改变液气比来研究液滴-气体相互作用，观察到与在连续液滴之间存在大间隙的液滴的训练相比，彼此靠近流动的液滴的速度增加16%。
2017-10-17 cond-mat.soft
Nanoparticle ordering in sandwiched polymer brushes
接枝聚合物层内纳米粒子的组织由聚合物诱导的熵相互作用和外部施加的场的作用的相互作用决定。早期的工作表明，强大的外力可以驱动聚合物刷中胶体结构的形成。在这里，我们表明，外部领域是不是必不可少的，以获得这样的胶体模式：我们报告Monte Carlo和分子动力学模拟，证明有序的结构可以通过压缩“三明治”的两个接枝聚合物层，或通过挤压涂层纳米管，与纳米粒子之间。我们表明，斑图形成可以有效地控制所施加的压力，而特征长度尺度，即图案的典型宽度，是敏感的聚合物的长度。根据模拟结果，我们推导出一个近似的状态方程的纳米三明治。
2016-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Switchable Wetting of Stimulus Responsive Polymer Brushes by Lipid Vesicles: Experiments and Simulations
我们接枝聚丙烯酸刷含有半胱氨酸侧链在一个确定的表面密度的平面脂质膜。镜面X-射线反射率数据表明，除了镉离子诱导的聚合物刷层的压实和调制的脂囊泡的粘附。诱导从非润湿到部分润湿状态的切换的临界阈值水平，[Cd 2 +] = 0.25 mM，由显微干涉法确定。囊泡和刷之间的相互作用进行了评价的高度波动的膜接触刷和囊泡的形状附近的表面。为了分析这些实验，我们通过模拟研究了轴对称囊泡在有限范围膜-基底相互作用和浮力下的粘附。我们发现，当地的横向条件，有关的最大曲率在边缘的粘附区的粘附强度仍然相当准确。因此，虽然在实验上不可能在零浮力下制备囊泡，但我们可以使用横向条件来估计粘附强度。然而，粘附图显着修改了有限范围的膜-基底相互作用和浮力。对于向下的浮力，囊泡仅仅沉积到衬底上，并且没有平均场粘附转变。对于向上的浮力，粘附的囊泡最多是亚稳定的。因此，平均场的粘附转变只能发生在消失的浮力。只有零范围的膜-基底相互作用不发生二阶粘附转变在有限的相互作用强度。对于任何有限程相互作用，当膜-基底相互作用从排斥变为吸引时，过渡发生。我们提出了一个粘附图作为粘附强度和浮力的函数，并比较囊泡的粘附行为的润湿行为的液滴。
2022-03-28 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
Kinetics of Droplet Cloaking and Wetting Ridge Growth on Lubricated Polymer Brushes
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Fudan University（复旦大学）；University of Twente（特温特大学）
通过实验、分子动力学模拟和理论建模，研究润滑剂浸润聚合物刷上润湿脊生长和液滴包覆的动力学，揭示界面热力学、刷弹性和润滑剂传输的耦合作用。
2026-06-02 cond-mat.soft
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
Surface wave excitations and backflow effect over dense polymer brushes
聚合物刷越来越多地用于定制表面物理化学的各种应用，如润湿，粘附的生物物体，可植入设备等，我们进行耗散粒子动力学模拟研究致密聚合物刷下流在狭缝孔通道的行为。我们发现，该系统显示流动反转在刷接口的几个断开的范围内施加的流量。我们将这种现象与聚合物集体动力学联系起来：在刷表面上传播的波。当边界条件为外加行波（著名的Taylor's swimmer）时，流生波的波长、振幅和传播速度之间的关系与Stokes方程的解是一致的。
2015-09-30 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Depletion interaction between cylindrical inclusions in polymer brushes
本文通过分子动力学模拟和 Asakura-Oosawa 理论研究了聚合物刷中圆柱形夹杂物间的耗尽吸引，发现相关团簇是吸引的基本单元，且高刷中聚合物熵与耗尽吸引竞争导致相互作用随刷高非单调变化，并揭示了其在糖萼诱导蛋白质簇形成中的潜在机制。
2025-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Sharp and fast: Sensors and switches based on polymer brushes with adsorption-active minority chains
我们提出了一种基于聚合物的传感器和开关的设计，具有急剧的开关转变和快速的响应时间。开关机制涉及到一个激进的变化，在构象的吸附活性的少数链刷。这样的转变可以由仅约10度的温度变化引起，并且构象变化的特征时间小于一秒。我们提出了一个分析理论，这些开关和支持它的自洽场计算和布朗动力学模拟。
2014-12-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
Thermoresponsive micropatterned substrates for single cell studies
我们描述了设计的微图案化的表面单细胞研究，基于温敏聚合物刷。我们表明，刷制成的聚（N-异丙基丙烯酰胺）接枝在高表面密度显示优异的蛋白质和细胞的抗粘附性能。这样的刷子很容易通过深紫外光刻法在微米级图案化。适当选择的粘合剂图案形状，结合PNIPAM的温度依赖性溶胀特性，使我们能够使用聚合物刷作为微致动器，当温度降低到32摄氏度以下时，诱导细胞分离。
2011-11-10 cond-mat.soft
Pressure anisotropy in polymer brushes and its effects on wetting
本文通过粗粒化分子动力学模拟表明，在非混合条件下聚合物刷的接枝诱导横向压缩压力不影响接触角，而湿刷与干刷的界面张力差可由 Young 定律准确描述润湿性。
2023-12-06 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
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
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
End exclusion zones in strongly stretched, molten polymer brushes of arbitrary shape
强拉伸的聚合物刷的理论，特别是抛物线刷理论，是有价值的，提供分析易处理的预测的热力学行为的表面接枝聚合物在广泛的设置。然而，抛物线刷限制未能描述聚合物接枝到凸，弯曲的基板，如球形纳米粒子的表面或强烈隔离的嵌段共聚物的界面。先前已经表明，强拉伸的弯曲刷需要没有自由链端的边界层，这需要修改理论分析。虽然这个“端部禁区”已成功地纳入到描述刷嫁接到外表面的圆柱体和球体，刷的行为的表面上的任意曲率尚未研究。我们提出了一个制定的强拉伸理论的任意曲率的表面上的熔融刷，并确定四个不同的制度的利益，刷子预测拥有端禁区，特别是包括制度的正平均曲率，但负高斯曲率。通过数值解的强拉伸刷方程，我们报告预测缩放的大小的末端禁区，链端分布，链的极化，和自由能的平均和高斯表面曲率的拉伸。通过这些结果，我们提出了一个全面的画面刷几何形状如何影响端排除区和确切的强拉伸自由能，这可以应用于，例如，在嵌段共聚物熔体组装中遇到的刷几何形状的全谱建模。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Drops on polymer brushes -- advances in thin-film modelling of adaptive substrates
本文回顾了聚合物刷覆盖自适应基底上液滴动力学的梯度动力学中尺度流体力学建模进展，涵盖非挥发与挥发性液体的铺展和滑动行为。
2023-12-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Influence of Chain Interdiffusion Between Immiscible Polymers on Dewetting Dynamics
用中子反射法和去湿法研究了两种不相容聚合物聚苯乙烯（PS）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）的界面。出乎意料的是，我们发现，PS链扩散的PDMS刷在温度远低于PS的玻璃化转变温度，动力学在很大程度上取决于接枝密度的刷。通过这项研究，我们证明了链相互扩散对一对不相容聚合物摩擦性能的主要影响。另外，从去湿实验中观察到的PS薄膜的令人困惑的老化被发现与PS/PDMS界面的改性直接相关。
2009-04-10 cond-mat.soft
Polymer brush collapse under shear flow
剪切响应表面在许多应用中提供了潜在的进步。使用聚合物刷的表面功能化是获得这些性质的一种途径，特别是在缠结聚合物的情况下。我们报告在受控剪切下进行的缠结聚合物溶液中的聚合物刷的中子反射测量，以及对应于这些接口的粗粒度的计算机模拟。在这里，我们显示了可逆的和可再现的崩溃的刷子，增加与剪切速率。使用两个刷的链长和接枝密度有很大的不同，我们证明了负责刷的结构变化的动力学是由溶液中的自由链，而不是刷本身，在检查的参数范围内。刷崩溃的现象可以在纳米传感器的定制中找到应用，并作为动态控制表面摩擦和粘附的一种方式。
2017-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Theory of the Observed Ultra-Low Friction between Sliding Polyelectrolyte Brushes
使用基于Miklavic Marcelja的平均场论的修改版本的方法表明，由于与两个聚合物刷涂覆的表面相关的抗衡离子而产生的渗透压应该可以支持合理的负载（即，约$10^6 Pa$），刷保持足够远的距离，以防止属于两个刷的聚合物缠结，从而避免被认为是静摩擦和干摩擦的主要机制。
2008-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Bundling in brushes of directed and semiflexible polymers
我们探讨平行排列的聚合物，这是垂直接枝在基板上的相互作用的吸引力的效果。这种吸引人的互动可能是由于，例如，可逆交联。有利于聚合物刷的均匀状态的永久接枝和倾向于诱导取向聚合物的面内塌陷的吸引力之间的竞争引起均匀相到成束状态的不稳定性。在后一种状态下，面内平移对称性自发地被破坏，并且密度用有限波长调制，该有限波长由接枝聚合物的横向波动的长度尺度设定。我们分析了两种模型的对齐聚合物的不稳定性：定向聚合物与线张力和弱弯曲链与弯曲刚度。
2013-10-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Compression of finite size polymer brushes
我们考虑在压缩下的接枝聚合物层的边缘效应。对于半无限笔刷，边缘效果$ξ\propto h_0(h_0/h)^{1/2}$的穿透深度大于自然高度$h_0$和实际高度$h$。对于有限横向尺寸$S$（条纹宽度或圆盘半径）的刷，边界链的横向延伸$u_S$遵循标度律$u_S = ξϕ(S/ξ)$。尺度函数$ϕ(x)$估计的框架内的局部Flory理论的条形接枝表面。对于小$x$，$ϕ(x)$衰减为幂律，与简单的论点一致。计算了有效线张力和施加在刷上的力随压缩高度的变化。
1998-11-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics of Droplets Moving on Lubricated Polymer Brushes
Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）
采用粗粒化模拟研究润滑聚合物刷基底上液滴在外力作用下的运动，发现液滴滚动而非滑动，且润滑剂对有效摩擦力影响甚微。
2024-03-14 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
Anomalous Structure and Scaling of Ring Polymer Brushes
通过在平面表面接枝柔性线性聚合物（链长$N_L$）或（非链状）环状聚合物（链长$N_R=2 N_L$）形成的聚合物刷的比较模拟研究。两个不同的非格模型进行了研究，一个通过Monte Carlo方法，另一个通过分子动力学，使用图形处理单元（GPU）上的快速实现。它表明，在$z$ -环和线性链的表面垂直的方向上的单体密度分布$ρ(z)$几乎是相同的，$ρ_R(2 N_L, z)=ρ_L(N_L, z)$。这同样适用于活塞在高度z处所受的压力。虽然在$z$ -方向的环和链的回转半径组件一致，太，并与$N_L$线性增加，横向组件不同，甚至就其缩放特性：$R_{gxy}^{(L)} \propto N_L^{1/2}$，$R_{gxy}^{(R)} \propto N_L^{0.4}$。这些属性被解释在稠密熔体中的环状聚合物的统计特性。
2011-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
