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
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
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
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
Explaining Giant Apparent $\mathrm{p}K_\mathrm{A}$ Shifts in Weak Polyelectrolyte Brushes
通过模拟与平均场对比，揭示弱聚电解质刷pK_A位移源于Donnan效应与静电关联的聚电解质效应，并可用于推断接枝密度。
2023-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
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
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
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
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
Brushes of semiflexible polymers in equilibrium and under flow in super-hydrophobic regime
我们进行了分子动力学模拟来研究液体在纳米通道中的平衡和流动性质，该通道具有包覆有一层接枝半柔性聚合物的限制表面。覆盖范围涵盖从基本上孤立的链到密集刷的广泛接枝密度。末端接枝聚合物由珠弹簧模型与谐波势来描述，包括链的键刚度。我们改变了链的刚性，从完全柔性的聚合物到刚性杆，其中链的构型熵可以忽略不计。调整刷-液体相互作用以获得超疏水通道，其中液体不渗透聚合物刷，从而产生Cassie-Baxter状态。平衡性能，如我们刷的高度和弯曲能进行了测量，不同的接枝密度和刚度的聚合物。我们还研究了不同弯曲刚度的刷-液体界面的特性和支撑液体的聚合物链的形态。进行非平衡模拟，以恒定的速度在相反的方向上移动通道的壁，获得大量液体中的库埃特速度分布。聚合物的分子自由度作为Weissenberg数的函数进行了研究。此外，违反无滑移边界条件和滑移性能作为剪切速率，接枝密度和弯曲刚度的函数进行了分析。在高接枝密度，一个有限的滑移长度独立的剪切速率或弯曲常数被发现，而在低接枝密度一个非常有趣的非单调行为上的弯曲常数观察。
2015-09-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
Self-Consistent Field study of Polyelectrolyte Brushes
我们制定了一个自洽的场论的反离子的存在下的刷。我们数值求解自洽场方程，研究了单体密度分布、反离子分布和总电荷分布。我们研究了刷高度的标度关系，并将它们与其他理论的预测进行比较。我们发现刷的高度对接枝密度的依赖性很弱，我们用Gouy-Chapman虚荷电壁的解来拟合刷外的电荷分布。我们计算刷外的抗衡离子的量，并发现它饱和的聚电解质的电荷增加。
2007-03-12 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
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
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
Two-dimensional percolation phenomena of single-component linear homopolymer brushes
用分子蒙特卡罗方法模拟了均聚物刷在平面基底上的渗流现象。接枝聚合物在极低的接枝密度下彼此隔离，而当密度上升到极高值时，连续的聚合物层覆盖整个基底。这表明接枝聚合物的渗滤簇，桥接基板的两个边缘，出现在一个中间密度。我们构建这种渗流现象的相图。临界现象在过渡进行了研究。
2014-01-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
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
Measuring the characteristics of electroosmotic flow in a polyelectrolyte grafted nanopore by molecular theory approach
在本文中，我们提出了一个分子理论分析的离子和电位分布，电离度的聚乙烯（PE）刷，速度分布，体积流量，离子选择性，离子传导和平流的电渗流在聚酸（PA）/聚碱（PB）接枝纳米孔。生成的构象由旋转异构态模型用于执行的自由能功能的系统，包括从介电常数，电解质的pH值，接枝密度弱PE刷，离子分区和离子大小的变化所产生的玻恩能量的影响的最小化。然后，在考虑流体/壁面滑移的情况下，求解Navier-Stokes-Brinkman方程，得到速度场。此外，数值解的准确性进行检查，通过比较目前的离子电导率与现有的实验数据的纳米孔接枝与4PVP刷用作合成质子门控离子通道的结果。本方法的应用使我们能够描述的电渗流在PE接枝的纳米孔的电流体动力学特性的不同因素，包括电解质的pH值，本体盐浓度和PE刷的接枝密度。我们表明，感兴趣的量的依赖性基本上依赖于聚合物链的类型。例如，增加电解质的pH导致PA/PB刷中带电位点的程度增加/减少，并且PA/PB接枝纳米孔的离子选择性的大小随电解质的pH的变化存在最小/最大点。然而，对于两种类型的PA和PB接枝的纳米孔，离子传导和平流大致是本体盐浓度和PE层的低范围接枝密度的上升函数。
2020-06-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
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
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
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
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
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
Adsorption-active polydisperse brush with tunable molecular mass distribution
最近，已经提出了一类新的响应性不带电聚合物刷[Klushin等人，J.Chem.Phys.154，074904（2021）]，其中刷形成链对基底具有亲和力。对于足够强的表面相互作用，一部分链冷凝成近表面层，而其余的形成外刷接枝密度降低。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，并且可以作为对环境参数变化的响应而可逆地改变。在本文中，我们使用数值自洽场计算和理论的考虑，研究这种现象在多分散刷。我们的研究结果揭示了一个意想不到的效果：虽然所有的链是化学相同的，较短的链被优先吸附。因此，随着表面亲和力参数的增加，残余刷的表面接枝密度的降低伴随着其分子量分布形状的变化。特别是，一个原来的双分散刷可以有效地转化为一个几乎单分散的只含有较长的链部分。
2021-12-10 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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$l_\mathrm{p}\sim N_{n}^{…
2016-12-04 cond-mat.soft
Unidirectional Droplet Propulsion onto Gradient Brushes without External Energy Supply
使用广泛的分子动力学模拟的粗粒度模型，我们证明了持续的单向运动（durotaxis）的液滴没有外部能量供应时，放置在聚合物刷基板上的刚度梯度在一定的方向上的可能性。被发现的特定基板设计的研究，确定的durotaxis效率的主要参数是接枝密度的刷子和液滴粘附到刷子表面，而刚度梯度的强度，液滴的粘度，或刷的聚合物链的长度只有很小的影响的过程。它示出，这种durotaxial运动是由液滴和刷子之间的界面能的稳定增加驱动的液滴移动从软到硬的部分的基板，从而平均驱动力逐渐下降，降低刷表面的粗糙度。我们预计，我们的研究结果表明，在没有外部能源供应的纳米级运动领域的进一步可能性。
2023-03-05 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Equilibrium conformations and surface charge regulation of spherical polymer brushes in stretched regimes
在目前的工作中，我们研究的平衡构象的线性聚电解质拴在一个球形的，带相反电荷的核心在平衡与离子水库的固定浓度。特别关注的是放置在拉伸链的情况下，其中的单体浓度是已知的，以显示一个反平方律衰减远离球形表面，然后进一步外推所有的方式下降到接枝核心。虽然移动离子的平衡分布计算在一个经典的密度泛函理论（cDFT）的框架内，将它们的大小和静电相关性内的接枝聚乙烯，后者的平衡配置描述其平均回转半径，这是作为一个变参数，保证整个聚合物-溶剂界面的机械平衡。然后在聚合度、离子浓度和聚合物主链的官能度的宽范围内分析平均粒径。可以确定两个不同的制度：在高离子强度下，接枝聚合物的溶胀主要由离子熵贡献以及聚合物尺寸效应，而在低离子浓度下，静电和熵效应之间的平衡是颗粒拉伸的主要驱动机制。使用蒙特卡罗模拟，然后，我们继续调查的电荷调节的影响时，刷芯进一步装饰与活性功能位点随机分布在其表面上，作为受体，溶解的酸性离子可以被吸附。
2021-11-13 cond-mat.soft
Stimuli-responsive brushes with active minority components: Monte Carlo study and analytical theory
采用解析理论、蒙特卡罗模拟和三维自洽场计算相结合的方法，研究了均聚物刷中吸附活性高分子链的平衡性质和开关行为.开关转换是由一小部分的少数链，这是由基板吸引的构象变化。根据吸引相互作用的强度，少数链呈现两种状态之一：以茎冠状构象为特征的暴露状态，以及以平面二维结构为特征的吸附状态。比较蒙特卡罗模拟，其中使用的爱德华兹型哈密顿与密度相关的相互作用，从自洽场论的预测基于相同的哈密顿量，我们发现，热密度涨落影响系统在两个不同的方式。首先，它们在画笔内重新规范化排除的体积交互作用参数$v_\mathrm{\tiny bare}$。刷的性能可以再现的自洽场论，如果一个取代$v_\mathrm{\tiny bare}$由一个有效的参数$v_{\mathrm{\tiny eff}}$，其中的第二维里系数$B_{\mathrm{\tiny eff}}/B_\mathrm{\tiny bare}$的比例取决于单体的相互作用的范围，但不取决于接枝密度，链长，和$v_\mathrm{\tiny bare}$。第二，密度波动会影响刷表面链的构象，并对开关跃迁的特性产生有利的影响：在有趣的过渡区，它们显著降低了两种状态之间的自由能垒。还分析了各种量的标度行为，并与解析预测进行了比较。
2015-05-07 cond-mat.soft
Layer-by-layer assembly of colloidal particles deposited onto the polymer-grafted elastic substrate
利用自洽场和密度泛函理论，我们提出了一种在聚合物接枝基底上实现胶体空间有序排列的新途径。我们发现，接枝聚合物到基板上可以有效地控制沉积的胶体之间的平衡的结果的空间分散的胶体沉降力和熵弹性力的刷子，和胶体可以形成意想不到的有序结构上的接枝基板。胶体颗粒在弹性“软”基底上的沉积过程包括两个步骤：刷介导的胶体晶体的一维排列和受控的逐层生长，所述逐层生长由非吸附性聚合物溶剂熵驱动，随着颗粒的增加。结果表明，通过简单地使用接枝基板，而不是周期性图案化的模板，在适当选择的胶体尺寸，有效的沉积电位，刷覆盖密度的高度有序和无缺陷的结构的生产的可能性。
2006-11-04 cond-mat.soft
Dynamic Compression of in situ Grown Living Polymer Brush: Simulation and Experiment
一个比较动态的蒙特卡罗模拟研究多分散活性聚合物刷，由表面引发的活性聚合，和传统的聚合物单分散刷，包括线性聚合物链，接枝到一个良好的溶剂条件下的平面基板。在将引发剂阵列放置在接枝平面上与最初未键合的链段（单体）的溶液接触之后，通过末端单体（解聚）反应产生活性刷。在平衡状态下，LPB的单体密度分布随离接枝面z的距离的增大而呈指数衰减，而刷状结构中的链长分布则呈指数变化。测量值α= 0.64和τ= 1.70非常接近在扩散限制聚集理论框架内预测的值，α= 2/3和τ= 7/4。在不同的平均聚合度（L = 28 ~ L = 170）和有效接枝密度（σ_g = 0.0625 ~ σ_g = 1.0）下，我们观察到模拟LPB的力-距离行为与我们自己从PNIPAAm刷上的胶体探针AFM分析获得的实验数据以及Plunkett等人获得的数据几乎完全一致。例如，[Langmuir 2006，22，4259]，来自对相同聚合物的SFA测量。
2012-11-30 cond-mat.soft
Heterogeneous morphology and dynamics of polyelectrolyte brush condensates in trivalent counterion solution
最近的实验表明，三价离子亚精胺$^{3+}$可以引起DNA刷的侧向微相分离。利用分子模拟和简单的理论论证，我们探讨了三价反离子对刷的影响。在适当的接枝密度、聚合物尺寸和离子浓度范围内，刷状聚合物不均匀地塌陷成章鱼状表面胶束。值得注意的是，刷状形态的异质性最大化，链和凝聚离子的弛豫动力学是最慢的三价离子的化学计量浓度为1：3，以消除电荷。进一步增加有利于电荷反转的三价离子浓度可使刷状冷凝物适度再溶胀并均匀化。我们的研究提供了一个新的见解的起源，在细胞核中的DNA组织的多样性，以及离子依赖性的生物膜的刷状层的形态变化。
2017-02-03 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Structure of polymer layers grafted to nanoparticles in silica-polystyrene nanocomposites
采用基于高分子平均场论的Monte Carlo方法研究了聚苯乙烯中球形二氧化硅纳米粒子表面接枝聚苯乙烯刷的结构特征。纳米粒子半径（8 nm或13 nm）保持不变，而接枝密度和接枝链和基质链的长度在一系列模拟中系统地变化。这项工作的主要目标是模拟现实的纳米复合材料系统的特定化学实验可访问的长度尺度和研究的接枝刷的结构和缩放。研究了颗粒周围聚合物密度的分布;基于它们，估计接枝链的刷厚度，并将其标度行为与理论模型和实验结果进行比较。然后，中子散射谱预测从单个接枝链和从整个接枝电晕。结果发现，增加接枝密度和接枝链的摩尔质量急剧改变刷的尺寸，影响聚合物刷的润湿行为。相反，特别是对于分散在高分子量基质中的颗粒，基质链长度的变化导致颗粒表面周围的密度几乎察觉不到的变化。
2014-01-16 cond-mat.soft
Phase behaviour of two-component bottle-brush polymers with flexible backbones under poor solvent conditions
通过分子动力学模拟研究了在不良溶剂条件下具有完全柔性主链的双组分瓶刷聚合物的相行为，使用粗粒珠弹簧模型和高达$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$。基于聚类分析，我们确定了我们的参数范围内的制度，完全相分离系统，即，A型侧链形成一个簇，B型侧链形成另一个簇，而分离这两个簇的界面包含主链单体。我们发现，珍珠项链或Janus样的结构，这通常发生在瓶刷聚合物与刚性骨干在不良溶剂条件下，是完全归因于骨干刚性，因此，这样的结构是不太可能的情况下，瓶刷与完全灵活的骨干。此外，与早期的工作的相行为的单组分瓶刷聚合物与灵活的骨干进行了比较讨论。
2014-04-16 cond-mat.soft
Cloaking Transition of Droplets on Lubricated Brushes
Johannes Gutenberg-Universität Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）；Max Plank Institut für Polymer Forschung（马克斯·普朗克聚合物研究所）
通过多体耗散粒子动力学模拟，研究润滑剂存在下聚合物刷上液滴的平衡性质和润湿行为，发现润滑剂链会爬升并完全覆盖液滴表面（隐身现象），并提出了热力学理论解释隐身转变。
2024-03-18 cond-mat.soft
Osmotic properties of polyethyleneglycols: quantitative features of brush and bulk scaling laws
从糖基化的细胞表面到空间稳定的脂质体，附着在膜上的聚合物吸引了生物学和治疗学的兴趣。聚合物“刷子”的标度定律能描述这些涂层的物理性质吗？我们描述了聚合物刷的Alexander - de Gennes理论成功描述了Kenworthy等人关于PEG接枝的多层脂质体的膜间距离与施加的渗透应力数据的条件[Biophys. J.（1995）68：1921]。我们确定刷中的聚合物密度和尺寸必须足够高，使得在同等密度的本体溶液中，聚合物渗透压与聚合物分子量无关（本体聚合物溶液的des Cloizeaux半稀释状态）。附着的聚合物表现为半稀本体溶液的条件提供了一个严格的标准刷标度律行为。在本体中的聚合物溶液的行为与以使得相邻聚合物堆积以形成均匀刷的密度接枝到表面的聚合物之间存在深刻的联系。在此制度下，两个参数的无约束拟合的亚历山大-德Gennes刷缩放定律产生的有效单体长度为3.3至3.5 AA，同意与结构预测。接枝位点之间的拟合距离大于PEG-脂质的标称含量的预期;链明显饱和表面。渗透应力测量可用于估计膜接枝聚合物的实际密度。
2002-08-01 cond-mat.soft
From Octopus to Dendrite - Semiflexible Polyelectrolyte Brush Condensates in Trivalent Counterion Solution
反离子介导的相互作用和高分子链固有的刚性之间的相互作用可以带来相当复杂的形态和动力学的刷状缩合物。三价反离子诱导崩溃的灵活的刷，在一定范围内的接枝密度，成章鱼状的表面胶束;然而，如果个别链是刚性足够的，离子介导的本地的刷有序组装成分形状的树枝状凝聚物的松弛动力学是显着慢于表面胶束的刷链。值得注意的是，在树枝状凝聚物中凝聚的三价离子是高度流动的，显示出平行沿树枝状分支的准一维扩散。我们的研究结果对理解细胞组织如染色体和膜上的带电多糖对离子环境变化的反应具有重要意义。
2018-03-01 cond-mat.soft physics.bio-ph
Polymer brush-induced depletion interactions and clustering of membrane proteins
我们采用Asakura-Oosawa型理论模型和粗粒度分子动力学模拟研究了可移动聚合物刷对生物膜中蛋白质的影响。刷状聚合物诱导的蛋白质间的耗尽吸引力随刷状聚合物的大小呈非单调变化。耗尽相互作用，这是由蛋白质的大小刷聚合物之间的接枝距离的比率，线性增加刷的大小，只要聚合物刷的高度是短于蛋白质的大小。然而，当刷高度超过蛋白质大小时，蛋白质之间的耗尽吸引力略微降低。我们还探讨了刷状聚合物诱导的组装的一个大的蛋白质簇，这可能是相关的整合素纳米簇形成和信号转导的实验观察的许多分子机制之一。
2021-02-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Absorption/Expulsion of Oligomers and Linear Macromolecules in a Polymer Brush
通过Monte Carlo（MC）模拟和密度泛函理论（DFT）/自洽场理论（SCFT）研究了聚合物刷中自由线性链的吸收，考察了链尺寸$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
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
