高分子科学中的理论与模拟

罗开富 软物质与生物物理课题组

中国科学技术大学高分子科学与工程系 Tel:63607936

Email: kluo@ustc.edu.cn

Tel:63607936

1. 高分子的柔顺性及柔性机理

合成聚合物；天然高分子；聚合度；单体单元数

How straight is a polymer?

高分子链的柔性

(a) 蠕虫状链（DNA） (b) 刚性棒自由连接（铰链，对高分子很难存在）

链的柔性机理

不同机理: 主链上C-C化学键的内旋转; DNA双螺旋链键角涨落

2. 高分子链的尺寸

自由连接链

花粉颗粒布朗运动的轨迹vs.理想链的构象

均方位移：

理想链的均方末端距：

3. 高分子链的熵弹性

与弹簧类比

不同拓扑结构的高分子

4. 高分子科学中的模拟方法

1. Computer Simulation of Liquids. --- M. P. Allen and D.J. Tildesley, Oxford University (1987)

2. The Art of Molecular Dynamics Simulation. --- D. C. Rapaport, Cambridge University (1995) 3. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to

Applications. ---- D. Frenkel and B. Smit, Academic (1996)

主要的学习参考书籍

格子Monte Carlo 模拟方法

Metropolis Monte Carlo方法的算法：

a) 给出一个初始状态，并计算系统的能量Eold

b) 随机产生一个新状态，并计算新系统的能量Enew c) 如果ΔE＝(Enew−Eold)0, 则计算Boltzman因子： kTE

e∆−

e) 在(0, 1)区间上产生一个均匀分布的随机数ζ ；

f) 如果 ,kTE

e∆−

分子动力学模拟方法

朗之万（或布朗）动力学

耗散粒子动力学模拟方法

5. 模拟实例1—自组装

5. 模拟实例2—高分子穿越纳米通道

朗之万动力学模拟动画

谢谢！

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