[发明专利]外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法

摘要

本发明为高分子链在具有吸引作用的表面附近受外力驱动作用下的吸附性质研究提供一种外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法，可以用来研究了外力驱动作用对高分子链吸附性质的影响以及通过构象形变来交叉校验临界吸附点，对高分子的应用具有重要的意义。

主权项

1.外力作用下高分子链在表面吸附性质的蒙特卡罗模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建高分子链模型，采用三维的简立方格模型，采用Rosenbluth‑Rosenbluth链生长方式随机地生成一条链长为N的高分子链，其中链长为N的高分子链由N个单体组成，在高分子链的生成过程中，每个单体有26个可选择的矢量方向，高分子链中相邻的单体通过键长可涨落的键相连，其键长取值为1、高分子链的两端均为自由，在Z＝0和Z＝D处分别放置一个均质且不可穿透的表面，高分子链被放置在两个平行表面之间，其中表面间距D>N^v，其中v为Flory指数0.588，在Z＝0处的表面对高分子链单体具有吸引作用，而在Z＝D处的表面对高分子链不存在吸引作用，高分子链在X和Y方向将满足周期性边界条件，在两个表面间施加一个平行于X轴正方向的均匀外力场，在整个模拟过程中高分子链上的每个单体一直受到该恒定的外力场驱动作用，当构象发生变化时，力的方向始终保持不变，单体与单体之间的相互关系如下：(a)所有单体均满足自回避的条件，即2个单体不能占据同一个格点；(b)键与键之间不允许交叉；(c)非键相邻单体之间仅考虑体积排斥作用；步骤二、让高分子链做随机的布朗运动，在整条高分子链中随机选择一个单体进行运动，单体在运动时有6个矢量方向{(1,0,0),(‑1,0,0),(0,1,0),(0,‑1,0),(0,0,1),(0,0,‑1)}，当选定的单体在尝试运动后有三种可能的情况，(1)单体尝试运动后，前后两端的键都超出键长范围，尝试运动失败，保留原始位置；(2)单体尝试运动前后两端的键仍然满足键长范围，这种情况下采用键长涨落算法产生新的构象；(3)单体尝试运动后一端的键仍然在允许键长范围，但另一端的键超出键长范围，按协同运动算法，超出键长范围这端的近邻单体依次向前一单体位置运动，直到遇到可以满足键长允许条件的单体为止，从而产生新的构象；步骤三、计算新构象的接受概率P，运用Metropolis重要性抽样方法来确定，即P＝min{1,exp(‑△E/K_BT)},K_B为玻尔兹曼常数，△E为新旧构象产生的能量差，△E从吸附能和外力驱动能两个方面来考虑：(1)单体与下表面之间存在相互吸引作用，其作用强度为ε＝‑1，高分子链每次运动前后接触能变化记为△E_s＝ε△M，其中△M为运动前后高分子链在表面接触数的变化量；(2)单体均受到沿x轴正方向的外力F驱动作用，高分子链每次运动受外力驱动产生的能量变化记为其中协同运动团簇中的每个单体k在X方向上发生的位移△x_k；(3)每次运动前后产生的能量变化为△E＝△E_s+△E_F；步骤四、以蒙特卡罗步MCS作为一个时间计量单位，在每一个蒙特卡罗步中高分子链的所有单体试图平均运动一次，在每个温度下，高分子链都将经历时间τ＝2.5×N2.13MCS来达到一个平衡状态，在后续的100τ MCS记录高分子构象样本。