三维和二维空间中θ条件下单珠弹簧链的膨胀动力学研究

《Polymers》：Studying the Expansion Kinetics of a Single Bead–Spring Chain Under Theta Conditions in 3D and 2D Spaces

　　

摘要

本文通过朗之万动力学模拟，研究了在θ条件下从受限状态释放的聚合物链在三维和二维几何构型中的膨胀行为。采用珠–弹簧链模型表示，首先通过对链尺寸的标度分析来识别θ温度，该分析显示出预期的幂律行为。随后在该温度下进行的大量模拟表明，膨胀过程中平均链尺寸的时间演化在对数–对数图上呈现S形曲线，揭示了一个两阶段过程：初始阶段为从受限尺寸开始的快速幂律膨胀，随后为较慢的指数弛豫，趋向最终的平衡尺寸。通过分析这些曲线的规律性，我们确定了支配每个阶段特征时间和膨胀指数的标度律。研究发现，由于链运动被限制在平面上，二维膨胀的动力学过程比三维情形更为缓慢。将膨胀速率对链尺寸作图可直接检验动力学方程，为两个阶段分别产生主演化轨迹。对这些动力学方程进行积分可得每个阶段的自由能标度形式，从中获得多个标度指数之间的关系。本研究证明，纳入局部位阻约束并禁止链段交叉对于准确描述θ点处的链膨胀动力学至关重要，从而揭示了理想化的自由连接链模型的局限性。