基于非格點MonteCarlo方法模擬高分子在表面上吸附

施雙飛 孫立望 李洪

摘 ?要： 高分子鏈在表面吸附過程已經成為了物理、生物、醫學等領域的重要課題。通過研究高分子鏈在表面上的吸附作用，可以指導改善物理化學器件性能，改變生物領域某些如蛋白質吸附、藥物合成等相關過程。高分子鏈在表面上的吸附構象性質與高分子鏈鏈內作用力以及表面吸附作用強度有關。本論文采用非格點Monte Carlo模擬方法研究其在不同作用力下的吸附過程以及構象性質。模型采用軟排斥表面，研究了高分子單鏈在均質表面上的吸附行為，及其臨界吸附點。

關鍵詞： Monte Carlo模擬; 非格點; 構象; 吸附

中圖分類號：TP391 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2019）11-01-03

Abstract： The research on the adsorption process of polymer chains on the surface plays an important role in the fields of physics， biology and medicine. The study on the adsorption of polymer chains on the surface， can lead to the improvement of physical and chemical device performance， and change some processes in the biological field such as protein adsorption and drug synthesis. The adsorption conformation properties of the polymer chain on the surface are related to the unit force of the polymer chain and the adsorption strength of the outer surface of the chain. In this thesis， the adsorption process and conformational properties under different forces are studied by off-lattices Monte Carlo simulation. With the soft repellent surface model， the adsorption behavior of the polymer single chain on the homogeneous surface is studied， and its critical adsorption point is discussed.

Key words： Monte Carlo simulation; off-lattice; conformation; adsorption

0 引言

高分子鏈可以以化學吸附或物理吸附兩種方式吸附在表面上，并隨著幾何限制、表面吸引力、溶液質量的不同，其最終穩定后的高分子鏈的構象也會不同。在化工界，對高分子吸附行為的研究有著重要應用，例如電子器件的保護涂層、高分子納米材料[1]、工業使用的潤滑劑[2]、膠體懸浮液的穩定性[3-4]和粘附性。因此研究高分子在臨近表面時表現的吸附行為具有重要意義[5-8]。

1 模型

本文用Lx*Ly*Lz的三維連續空間模擬均質單鏈高分子的運動環境，其中x和y方向為周期性邊界，在z方向z=0處存在一個無限大的不可穿透軟排斥表面，該表面對高分子存在吸附作用。本文將單體直徑歸一化設置為[σ]，開爾文溫度T=1，玻爾茲曼常數[kB=1]。

1.1 模型建模

3 結論

在本篇論文中，我們采用了非格點Monte Carlo模擬方法，通過相鄰單體之間使用FENE勢能，非相鄰單體之間使用LJ 12-6勢能，單體和表面之間使用LJ 9-3勢能，構建了比較符合實際情況的真實鏈。得到結論如下：因為論文使用的是連續性吸附能，和格點吸附鏈相比，稍有不同，在吸附作用很小時，高分子鏈先發生位置的改變，此時形狀變化小，其表現為均方回轉半徑和均方末端距變化不大，z軸質心下降，隨著吸附作用增加，高分子單鏈在Eps=2.0位置發生了垮塌吸附。

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