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
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
Osmotic properties of polyethyleneglycols: quantitative features of brush and bulk scaling laws
从糖基化的细胞表面到空间稳定的脂质体，附着在膜上的聚合物吸引了生物学和治疗学的兴趣。聚合物“刷子”的标度定律能描述这些涂层的物理性质吗？我们描述了聚合物刷的Alexander - de Gennes理论成功描述了Kenworthy等人关于PEG接枝的多层脂质体的膜间距离与施加的渗透应力数据的条件[Biophys. J.（1995）68：1921]。我们确定刷中的聚合物密度和尺寸必须足够高，使得在同等密度的本体溶液中，聚合物渗透压与聚合物分子量无关（本体聚合物溶液的des Cloizeaux半稀释状态）。附着的聚合物表现为半稀本体溶液的条件提供了一个严格的标准刷标度律行为。在本体中的聚合物溶液的行为与以使得相邻聚合物堆积以形成均匀刷的密度接枝到表面的聚合物之间存在深刻的联系。在此制度下，两个参数的无约束拟合的亚历山大-德Gennes刷缩放定律产生的有效单体长度为3.3至3.5 AA，同意与结构预测。接枝位点之间的拟合距离大于PEG-脂质的标称含量的预期;链明显饱和表面。渗透应力测量可用于估计膜接枝聚合物的实际密度。
2002-08-01 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
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
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
Arrested spinodal decomposition in polymer brush collapsing in poor solvent
我们研究了布朗动力学的柔性和半柔性的聚合物链密集接枝在一个平面基板上，快速淬火的系统时，质量的溶剂变得很差，链试图崩溃成一个球状状态。这种聚合物刷的塌陷过程在动力学和结构形态上都不同于单个链。我们发现，由此产生的崩溃刷不形成一个均匀的致密层，尽管所有的链单体同样吸引彼此通过模型Lennard-Jones潜力。相反，一个非常明显的不均匀的密度分布在平面上的形式，与特征长度尺度依赖于淬火深度（或等效地，单体吸引力的强度）和几何参数的刷。这种结构是相同的旋节分解结构，然而，由于接枝约束，我们发现没有随后的粗化：建立随机捆绑的特征周期性仍然是明显的平衡结构。我们比较这一发现与最近的场理论模型捆绑在一个半柔性聚合物刷。
2014-09-22 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
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
Molecular dynamics simulations of single-component bottle-brush polymers with a flexible backbone under poor solvent conditions
采用分子动力学模拟方法研究了一种具有完全柔性主链的单组分瓶刷聚合物在不良溶剂条件下的构象，该方法采用粗粒珠-弹簧模型，侧链最多为N=40个有效单体.通过改变溶剂质量和接枝密度$σ$，侧链接枝到柔性骨架上，我们研究了高达$N_b=100$的骨架长度从刷/线圈制度到致密塌陷状态的交叉。在较低的温度下，其中观察到具有恒定单体密度的塌缩链，上述参数的选择不起任何作用，并且是单体的总数限定了链的尺寸。此外，与具有较低侧链长度的链相比，具有较长侧链的瓶刷聚合物具有更高的球形对称性，这与人们可以直观地预期的相反，因为侧链的拉伸不如其长度的增加重要。在较高的温度下，总是低于θ（$Θ$）温度，观察到类似于单个聚合物链的线圈状构型，或类似于具有刚性主链的均匀圆柱形瓶刷聚合物的刷状构型，这取决于特定参数$N$和$σ$的选择。在折叠状态（小球）和线圈/刷制度之间的交叉制度的acylindricity增加，而对于这个范围之外的温度，瓶刷聚合物保持高度圆柱对称的所有构型状态。
2013-06-04 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
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
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
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
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
End Grafted Polymer Nanoparticles in a Polymeric Matrix: Effect of Coverage and Curvature
最近有人提出，可以通过将聚合物链接枝到纳米颗粒表面来控制具有聚合物基质的纳米颗粒的相容性。作为研究这种情况的第一步，我们使用分子动力学模拟的半径R（$4σ\le$ R $\le 16σ$，其中$σ$是聚合物单体的直径）接枝链长度为500的聚合物熔体中的链长度为1000的单个纳米粒子。接枝密度$Σ$在$0.04$ - $0.32$链/ $σ^2$之间变化。为了促进平衡，应用了蒙特卡罗双桥算法-在一对链上形成新的键，创建两个新链，每个新链与原始链基本上不同。对于这里研究的长刷链，刷的结构假设其大颗粒的限制，即使是小到8 $σ$的$R$，这与最近的实验结果是一致的。我们研究了自憎性去湿的熔体从刷子作为一个功能，增加$Σ$。即使这些长刷和矩阵链的长度$6$和$12$ $N_e$，分别（缠结长度为$N_e \sim 85$）给出了一些模糊的结果界面宽度，表明两个或更多个纳米粒子的研究是必要的，以正确理解这些可折叠性问题。使用原始路径分析来识别刷链和解链之间的缠结。我们发现，刷链和熔体链之间的纠缠的数量的规模简单地与产品的局部单体密度刷链和熔体链。
2010-08-05 cond-mat.soft
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
Absorption/Expulsion of Oligomers and Linear Macromolecules in a Polymer Brush
通过Monte Carlo（MC）模拟和密度泛函理论（DFT）/自洽场理论（SCFT）研究了聚合物刷中自由线性链的吸收，考察了链尺寸$L$和$χ$与刷的相容性，采用珠-弹簧模型研究了中等（$σ_g = 0.25$）和高（$σ_g = 1.00$）接枝密度下聚合物刷中自由线性链的吸收。检查不同浓度的游离链$0.0625 \le ϕ_o \le 0.375$。与$χ= 0$的情况相反，当所有物种几乎完全被聚合物刷喷射而不管它们的长度$L$时，对于$χ< 0$，我们发现吸收程度（吸收量）$Γ(L)$经历了从弱到强（$\approx 100%$）吸收的急剧交叉，区分低聚物、$1\le L\le 8$和较长的链。对于中等密度的刷子，$σ_g = 0.25$，较长的物种，$L > 8$，主要分布在刷子的内部深处，而在密集的刷子$σ_g = 1.00$中，它们只渗透到密集刷子的“蓬松”尾部。回转半径$R_g$和端到端的距离$R_e$的吸收链，从而规模与长度$L$作为自由聚合物在本体中。利用MC和DFT/SCFT方法对不同链长的刷$32 \le N \le 256$，我们证明了相容性$χ= χ^{c}<0$的唯一{ \em临界}值的存在。对于$χ^{c}(ϕ_o)$的自由链的能量达到{ \em相同}的值，而自由链的熵显示一个明显的最小值，而长度$L$无关。在$χ^{c}$，具有不同$L$的吸收链的…
2010-03-17 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
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
Phase Transitions and Relaxation Processes in Macromolecular Systems: The Case of Bottle-brush Polymers
作为大分子体系的结构、动力学和相行为相互作用的一个例子，本文重点讨论了具有刚性或柔性主链的瓶刷聚合物的问题。在具有链长$N_b$的聚合物上，具有链长$N$的侧链以接枝密度$σ$进行端接枝。由于这些聚合物（通常这些圆柱形大分子包含约10000个有效单体单元）的特征长度尺度和尺寸的多样性，对结构的理解是实验的挑战。但由于过大的弛豫时间（特别是在不良溶剂条件下），这种大分子也是模拟研究的挑战。模拟策略，以应对这一挑战，无论是使用蒙特卡罗和分子动力学方法，将简要讨论，典型的结果将被用来说明可以获得的见解。
2009-10-22 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
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
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
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
Stress in a stimuli-responsive polymer brush
聚合物刷在感测、致动、自折叠等方面的应用严重依赖于由刷中的应力引起的刷接枝基底的可调弯曲。然而，在刺激响应刷的应力还没有被调查。在这项工作中，我们研究了应力的刺激响应平面聚合物刷的中性水溶性聚合物与低到非常高的接枝密度，使用强拉伸理论（SST）。首先，SST与朗之万力的延伸关系的高分子链的研究刺激响应刷。应力分布和其他性能的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）刷，然后获得使用扩展SST和经验Flory-Huggins参数。该模型预测，在PNIPAm刷的应力是不均匀的和压缩在所有温度和接枝密度。预计所得应力的大小随着接枝密度的增加而增加。此外，在低接枝密度刷中，在平台化之前，其幅度随着温度的增加而减小。相反，在高密度刷中，其幅度随着温度的升高而微弱地增加。这种对比的行为被追溯到最小的相互作用自由能量密度\emph{vs}聚合物体积分数曲线PNIPAm溶液在一个大的体积分数，和硬化的链由于有限的延展性。此外，我们的研究结果表明，通过改变温度来调节所得应力的能力随着接枝密度的增加而减小。
2020-08-09 cond-mat.soft physics.app-ph
Modelling thermoresponsive polymer brush by mesoscale computer simulations
本文采用粗粒化介观模型模拟PNIPAM温敏聚合物链及聚合物刷，分析其在LCST上下的构象标度行为，并确定使刷高温度响应最大的最优接枝密度。
2023-08-14 cond-mat.soft
Polymer brush-induced depletion interactions and clustering of membrane proteins
我们采用Asakura-Oosawa型理论模型和粗粒度分子动力学模拟研究了可移动聚合物刷对生物膜中蛋白质的影响。刷状聚合物诱导的蛋白质间的耗尽吸引力随刷状聚合物的大小呈非单调变化。耗尽相互作用，这是由蛋白质的大小刷聚合物之间的接枝距离的比率，线性增加刷的大小，只要聚合物刷的高度是短于蛋白质的大小。然而，当刷高度超过蛋白质大小时，蛋白质之间的耗尽吸引力略微降低。我们还探讨了刷状聚合物诱导的组装的一个大的蛋白质簇，这可能是相关的整合素纳米簇形成和信号转导的实验观察的许多分子机制之一。
2021-02-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
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
Transmembrane transport of polymer brush-grafted nanoparticles into giant vesicles
Shanxi Normal University（山西师范大学）
本研究利用自洽场理论揭示了聚合物刷修饰纳米颗粒在不同接枝密度下进入大囊泡的跨膜运输机制，发现高密度下直接穿膜转运，低密度下通过内吞作用运输，熵是主要驱动力。
2025-12-15 cond-mat.soft physics.bio-ph
Gradient dynamics model for drops spreading on polymer brushes
当液滴在自适应基底上铺展时，后者改变其性质，这可能导致液滴和基底的复杂耦合动力学。在这里，我们提出了一个通用的中尺度流体动力学模型，这样的过程，被写为一个梯度动力学的基础能量泛函。我们指定的模型细节的例子，一滴干聚合物刷蔓延。在那里，液体吸收到刷子中导致刷子的溶胀，从而引起刷子形貌和润湿性的变化。液体还可以经由扩散（或芯吸）在刷子内前进，导致耦合的液滴和刷子动力学。具体的模型占耦合的扩散，吸收和芯吸动力学时，底层的能量功能结合毛细作用，润湿性和刷能。在采用这样一个模型的一个简单的版本，数值模拟液滴扩散的肿胀刷，我们得出结论，讨论可能的模型扩展。
2020-08-25 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
Structure of polymer layers grafted to nanoparticles in silica-polystyrene nanocomposites
采用基于高分子平均场论的Monte Carlo方法研究了聚苯乙烯中球形二氧化硅纳米粒子表面接枝聚苯乙烯刷的结构特征。纳米粒子半径（8 nm或13 nm）保持不变，而接枝密度和接枝链和基质链的长度在一系列模拟中系统地变化。这项工作的主要目标是模拟现实的纳米复合材料系统的特定化学实验可访问的长度尺度和研究的接枝刷的结构和缩放。研究了颗粒周围聚合物密度的分布;基于它们，估计接枝链的刷厚度，并将其标度行为与理论模型和实验结果进行比较。然后，中子散射谱预测从单个接枝链和从整个接枝电晕。结果发现，增加接枝密度和接枝链的摩尔质量急剧改变刷的尺寸，影响聚合物刷的润湿行为。相反，特别是对于分散在高分子量基质中的颗粒，基质链长度的变化导致颗粒表面周围的密度几乎察觉不到的变化。
2014-01-16 cond-mat.soft
A fast Monte Carlo algorithm for studying bottle-brush polymers
通过计算机模拟获得复杂大分子的统计特性的可靠估计是一项需要高计算量以及开发高效模拟算法的任务。在这里，我们提出了一种算法结合本地移动，枢轴算法，和一个可调的模拟格子盒模拟稀释系统的瓶刷聚合物具有灵活的骨干和灵活的侧链在良好的溶剂条件下。将该算法应用到键涨落模型中，得到了主链和侧链的均方端到端距离和回转半径的精确估计，并研究了这种复杂大分子的构象性质.改变主链长度（从$N_b=67$到$N_b=1027$）、侧链长度（从N=0到N=24或48），检查主链行为以及侧链行为的缩放预测。我们也能够给出一个直接的比较的结构因子之间的实验数据和模拟结果。
2011-07-07 cond-mat.soft
Cyclic motion and inversion of surface flow direction in a dense polymer brush under shear
使用分子模拟，我们研究了一个聚合物刷在与一个明确的溶剂下Couette和Poietille流的性质。溶剂由化学上相同的链组成。我们提出的证据表明，个人，未纠缠的链在密集的刷表现出循环，翻滚运动和非高斯波动的分子取向类似的行为，孤立的拴系链在剪切流。集体分子运动引起的流体动力学流动方向在刷涂表面附近的反转。利用Couette和Poiffille流，我们调查到什么程度的刷涂表面的效果可以描述的Navier滑移条件。
2007-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
One- and two-component bottle-brush polymers: simulations compared to theoretical predictions
总结了在良好溶剂条件下具有刚性主链和柔性侧链的瓶刷聚合物的标度预测和自洽场计算结果，并通过与简单晶格模型的蒙特卡罗模拟进行比较来评估其有效性和适用性。结果表明，在典型的条件下，因为它们也存在于实验中，只有一个相当弱的拉伸的侧链实现，然后缩放预测的基础上的扩展的Daoud棉花斑点图片是不适用的。还考虑了两种组分的瓶刷聚合物，其中两种类型（A，B）的侧链被接枝，假设不同种类的单体彼此排斥。在这种情况下，允许可变的溶剂质量，使得对于不良溶剂条件，产生相当致密的圆柱状结构。在这种情况下，理论预测沿着主链的“Janus Padder’”型相分离。然后，使用修剪富集Rosenbluth方法（PERM）的蒙特卡罗模拟被限制到相当短的侧链长度。尽管如此，证据是获得的圆柱形分子的A-丰富的部分和B-丰富的部分之间的相分离只能发生局部。这种微相分离的相关长度可以通过溶剂质量来控制。这种相变的缺乏可以通过与一维空间中的铁磁体模型进行类比来解释。
2007-05-08 cond-mat.soft
Structure of bottle-brush brushes under good solvent conditions. A molecular dynamics study
我们报告了一个模拟研究瓶刷聚合物接枝在刚性骨干。使用标准的粗粒珠-弹簧模型，在良好的溶剂条件下对这些大分子进行了广泛的分子动力学模拟。我们考虑了广泛的参数和目前的数值结果的单体密度分布，密度的接枝柔性骨架和关联函数描述的范围内，相邻的接枝瓶刷的存在下，由于排除体积相互作用的影响。接枝的瓶刷的柔性主链的末端珠粒由于接枝的瓶刷聚合物的侧链的存在而不进入靠近刚性主链的区域，所述侧链在径向方向上进一步拉伸链。尽管由于这些大分子的复杂结构而存在许多不同的相关长度，但它们的性质可以在良好的溶剂中以高精度进行调节。此外，定性差异与“典型”瓶刷进行了讨论。我们的研究结果提供了第一种方法来表征这种复杂的大分子与标准珠弹簧模型。
2011-10-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mesophase formation in two-component cylindrical bottle-brush polymers
当两种类型的侧链（A，B）密集地接枝到（刚性）主链上并且所得瓶刷聚合物在不良溶剂条件下处于溶液中时，A和B之间的不相容性导致所得圆柱形刷中的微相分离。可能的排序类型是令人想起的圆柱形限制的嵌段共聚物的排序。从这个类比出发，Leibler的嵌段共聚物熔体中的微相分离理论被推广到弱分离极限下的系统描述。同时给出了相应的粗粒珠-弹簧模型的分子动力学模拟结果。使用最多N = 50个有效单体的侧链长度，改变不同单体$(ε_{AB})$和同类单体$(ε_{AA} = ε_{BB})$之间的Lennard-Jones能量参数的比率。分析了各种关联函数，研究了（局部）Janus圆柱型有序化和沿圆柱轴方向（局部）微相分离发生的条件。分析理论和模拟都给出了证据短程秩序由于在轴向方向上的微相分离的趋势，与侧链回转半径成比例的波长，不考虑温度和接枝密度，对于宽范围的这些参数。
2011-05-10 cond-mat.soft
Depletion interaction between cylindrical inclusions in polymer brushes
本文通过分子动力学模拟和 Asakura-Oosawa 理论研究了聚合物刷中圆柱形夹杂物间的耗尽吸引，发现相关团簇是吸引的基本单元，且高刷中聚合物熵与耗尽吸引竞争导致相互作用随刷高非单调变化，并揭示了其在糖萼诱导蛋白质簇形成中的潜在机制。
2025-07-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Predicting Polymer Brush Behavior in Solvents using the Steepest-Entropy-Ascent Quantum Thermodynamic Framework
本文利用SEAQT框架结合副本交换Wang-Landau算法，研究温度对聚合物刷的影响，建立了从初始到平衡态的动力学路径，预测了聚苯乙烯刷在环己烷中的密度分布及多种非平衡路径下的热力学与结构性质。
2023-11-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Spherical Polymer Brushes Under Good Solvent Conditions: Molecular Dynamics Results Compared to Density Functional Theory
采用分子动力学方法和密度泛函理论，研究了在良溶剂条件下，不同链长和接枝密度的柔性聚合物与排斥性球形纳米粒子的粗粒化模型.随着链长的增加，单体密度分布表现出向星形聚合物极限的交叉。得到了聚合物末端的分布和单个聚合物链的线性尺寸，而链的非均匀拉伸的特征在于局部持久长度。单链和全球刷的结构因子以及不同的理论工具的适用范围的结果。最后对实验进行了展望。
2010-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal conductivity of bottle-brush polymers
通过分子动力学模拟，研究瓶刷聚合物中主链刚度与侧链热泄漏的竞争对热导率的影响，发现接枝密度变化导致热导率非单调变化。
2024-02-03 cond-mat.soft
Compression of finite size polymer brushes
我们考虑在压缩下的接枝聚合物层的边缘效应。对于半无限笔刷，边缘效果$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
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
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
Static and dynamic properties of the interface between a polymer brush and a melt of identical chains
采用分子动力学模拟对剪切作用下两刷状覆盖表面间的短链聚合物熔体进行了模拟。构成刷的末端接枝聚合物具有与熔体中的自由链相同的化学性质，并提供柔软的可变形基底。高分子链由粗粒珠-弹簧模型描述，珠之间具有Lennard-Jones相互作用，并且沿链的主链最近邻之间具有FENE势。刷层的接枝密度提供了一种在不改变分子相互作用的情况下控制表面行为的方法。我们使用耗散粒子动力学恒温器在恒定的温度和体积下进行平衡和非平衡分子动力学模拟。平衡密度分布和剪切下的行为进行了研究，以及交叉的熔体到刷，在不同的长度尺度（键矢量，回转半径，和端到端矢量）的自由和接枝链的取向，和速度分布。在界面处的粘度和滑移作为接枝密度和剪切速度的函数计算。
2005-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Polymer brushes with reversibly tunable grafting density
我们提出了一类新型的响应聚合物刷，其中有效的接枝密度可以通过外部刺激来控制。这通过使用对基底具有亲和力的末端接枝聚合物链来实现。对于足够强的表面相互作用，一部分链凝聚成近表面层，而其余的形成外刷。致密层和更纤细的外刷可以看作是共存的微相。外刷的有效接枝密度由吸附强度控制，并且可以响应于环境参数的变化而可逆地且以受控的方式改变。数值SCF计算和分析的缩放参数的效果表明。由于致密层的厚度约为几个单体尺寸，其形成微相的能力受到刷链长度和接枝密度的乘积的限制。我们探讨的范围内的链长和接枝密度的效果是最明显的。在这个范围内，SCF的研究表明，刷内的单个链显示出两个状态之间的大的快速波动，这两个状态之间的距离只有一个小的自由能垒。然而，刷子作为一个整体的行为并不反映这些大的波动，并且有效接枝密度作为控制参数的函数平滑地变化。
2021-02-11 cond-mat.soft physics.chem-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
Millisecond-resolved infrared spectroscopy study of polymer brush swelling dynamics
本文利用1 kHz采样的量子级联激光红外光谱并结合椭偏参考测量，研究湿度循环下聚合物刷的毫秒级溶胀动力学，发现其行为不符合Fickian扩散和Berens-Hopfenberg模型。
2024-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Structure of bottle-brush polymers in solution: A Monte Carlo test of models for the scattering function
广泛的Monte Carlo结果提出了良好的溶剂或Theta溶剂条件下的瓶刷聚合物的晶格模型。改变侧链长度，主链长度，和刚性直骨架的接枝密度，获得单体和侧链末端的径向密度分布，以及描述从单个侧链和从总瓶刷聚合物的散射的结构因子。为了描述一个非常长的瓶刷内部的结构，在沿骨干方向的周期性边界条件，并描述由于有限的骨干长度的影响，第二组模拟与自由端的骨干进行。在后一种情况下，沿主链方向的结构的不均匀性进行了仔细研究。我们使用这些结果来测试各种唯象模型，已提出解释瓶刷大分子的实验散射数据。这些模型的目的是通过适当的卷积近似从总散射中提取关于瓶刷的径向密度分布的信息。根据我们的模拟结果，讨论了改进这些模型的可能性。
2009-04-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium configurations of swelling polymer brush layers induced by spreading drops of weakly volatile oil
本文研究挥发性油滴在聚合物刷层上铺展时形成的非平衡溶胀构型，结合干涉成像与三场梯度动力学模型，揭示气相传质与直接吸入的平衡机制，并定量获取刷层内溶剂扩散系数。
2023-03-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
Stabilizing Grafted Colloids in a Polymer Melt: Favorable Enthalpic Interactions
从理论上研究了浸入聚合物熔体中的表面包覆有末端接枝聚合物（刷）的球形胶体之间的相互作用。我们表明，两种聚合物物种之间的吸引力的相互作用，其特征在于负的Flory参数（chi<0），可以稳定的胶体分散体。稳定机制是从干刷（其中熔体链不深深地渗透到刷中）到湿刷（其中游离链渗透到刷中并迫使接枝链延伸到熔体中）的结构变化的结果。
2000-05-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
