確定液晶態(tài)接枝高分子的相變行為相關(guān)參數(shù)的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及確定液晶態(tài)接枝高分子的相變行為相關(guān) 參數(shù)的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 液晶態(tài)高分子刷是由既具有晶體的各項異性又具有液體的流動性的小分子基團(tuán) 所聚合而成的高分子鏈。在生物體中廣泛的存在由這種液晶態(tài)的高分子所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，研 究液晶態(tài)高分子刷在幾何空間受限下的響應(yīng)行為對于探索生物體中生物膜這樣的具有復(fù) 雜多變功能單元，以及理解生物細(xì)胞在外部條件刺激下的適應(yīng)行為等有重大研究價值。
[0003] 然而，目前關(guān)于液晶態(tài)高分子刷在幾何空間受限下的響應(yīng)行為的研究仍有待深 入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的 一個目的在于提出一種操作簡單、快捷、或者準(zhǔn)確度高的確定液晶態(tài)高分子刷的相變行為 相關(guān)參數(shù)的手段。
[0005] 在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種確定液晶態(tài)接枝高分子的相變行為相關(guān) 參數(shù)的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該方法包括：（1)確定液晶態(tài)接枝高分子的初始力場函 數(shù)；（2)使液晶態(tài)接枝高分子在三維空間內(nèi)發(fā)生連續(xù)構(gòu)象變化至液晶態(tài)接枝高分子呈熱力 學(xué)平衡狀態(tài)；（3)對連續(xù)構(gòu)象變化過程中液晶態(tài)接枝高分子的構(gòu)象進(jìn)行統(tǒng)計，得到液晶態(tài)接 枝高分子的密度分布函數(shù)；（4)基于步驟(3)中得到的密度分布函數(shù)，確定液晶態(tài)接枝高分 子的當(dāng)前力場函數(shù)；（5)確定當(dāng)前力場函數(shù)的自洽收斂性；（6)如果當(dāng)前力場函數(shù)自洽收斂， 對液晶態(tài)接枝高分子進(jìn)行拉伸或壓縮，基于步驟(3)中得到的密度分布函數(shù)，確定液晶態(tài)接 枝高分子的相變相關(guān)參數(shù);如果當(dāng)前力場函數(shù)非自洽收斂，以當(dāng)前力場函數(shù)作為初始力場 函數(shù)，重復(fù)步驟(2)至(6)，至當(dāng)前力場函數(shù)自洽收斂。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該方法可以高效地生成 大量的統(tǒng)計抽樣樣本(液晶態(tài)接枝高分子構(gòu)象樣本），并可以直接對高分子構(gòu)象進(jìn)行統(tǒng)計采 樣，獲得微觀結(jié)構(gòu)信息，另外，該方法可以快速地將液晶態(tài)接枝高分子演化到熱力學(xué)平衡 態(tài)，較為精確地計算液晶態(tài)接枝高分子的熱力學(xué)量和序參量，并獲取液晶態(tài)接枝高分子的 相變相關(guān)參數(shù)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，液晶態(tài)接枝高分子為高分子刷，優(yōu)選為接枝在兩塊平行板 之間的高分子刷。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，相變相關(guān)參數(shù)為相變溫度Tc。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，初始力場函數(shù)是通過昂薩格模型和平均場近似方法獲得 的。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，初始力場函數(shù)為：
[0010]
[0011]其中，co(r，u)為隨空間坐標(biāo)r，取向坐標(biāo)U變換的力場，d為單體的直徑長度，1 PS 接枝高分子的剛性強(qiáng)度值，P(r，u)為接枝高分子的密度分布函數(shù)，u'為取向坐標(biāo)變量，β = 1/Τ，Τ為溫度。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，在步驟(2)中，使液晶態(tài)接枝高分子在三維空間內(nèi)發(fā)生連續(xù) 構(gòu)象變化是通過以下步驟進(jìn)行的：隨機(jī)生成一個取向坐標(biāo)及角度，使液晶態(tài)接枝高分子中 的隨機(jī)鏈段按照取向坐標(biāo)及角度進(jìn)行剛性轉(zhuǎn)動，其中，角度的范圍為〇~360度。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，在步驟(3)中，對連續(xù)構(gòu)象變化過程中液晶態(tài)接枝高分子的 構(gòu)象進(jìn)行統(tǒng)計是采用ΜΡΙ并行計算環(huán)境、利用簡單統(tǒng)計方法進(jìn)行的。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，密度分布函數(shù)為：
[0015]
[0016] 其中：Μ為統(tǒng)計樣本數(shù)目，r為空間坐標(biāo)，u為取向坐標(biāo)，Ri(s)為第i個樣本的第s個 單體的空間坐標(biāo)，Ui (s)為第i個樣本的第s個單體的取向坐標(biāo)。
[0017] 在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種確定液晶態(tài)接枝高分子的相變行為相關(guān) 參數(shù)的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該設(shè)備包括:初始力場函數(shù)確定單元，用于確定液晶態(tài) 接枝高分子的初始力場函數(shù);隨機(jī)構(gòu)象生成器，用于使液晶態(tài)接枝高分子在三維空間內(nèi)發(fā) 生連續(xù)構(gòu)象變化至液晶態(tài)接枝高分子呈熱力學(xué)平衡狀態(tài)；統(tǒng)計單元，用于對連續(xù)構(gòu)象變化 過程中液晶態(tài)接枝高分子的構(gòu)象進(jìn)行統(tǒng)計，確定液晶態(tài)接枝高分子的密度分布函數(shù)；當(dāng)前 力場函數(shù)確定單元，用于基于統(tǒng)計單元確定的密度分布函數(shù)，確定液晶態(tài)接枝高分子的當(dāng) 前力場函數(shù);判斷單元，用于確定當(dāng)前力場函數(shù)的自洽收斂性;相變相關(guān)參數(shù)確定單元，用 于在當(dāng)前力場函數(shù)自洽收斂時，對液晶態(tài)接枝高分子進(jìn)行拉伸或壓縮，并基于統(tǒng)計單元確 定的密度分布函數(shù)，確定液晶態(tài)接枝高分子的相變相關(guān)參數(shù)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實施 例的該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可以高效地生成大量的統(tǒng)計抽樣樣本(液晶態(tài)接枝高分子 構(gòu)象樣本），并可以直接對高分子構(gòu)象進(jìn)行統(tǒng)計采樣，獲得微觀結(jié)構(gòu)信息，另外，該設(shè)備可以 快速地將液晶態(tài)接枝高分子演化到熱力學(xué)平衡態(tài)，較為精確地計算液晶態(tài)接枝高分子的熱 力學(xué)量和序參量，并獲取液晶態(tài)接枝高分子的相變相關(guān)參數(shù)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，液晶態(tài)接枝高分子可以為高分子刷，優(yōu)選為接枝在兩塊平 行板之間的高分子刷。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，相變相關(guān)參數(shù)為相變溫度。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，初始力場函數(shù)確定單元通過昂薩格模型和平均場近似方法 確定初始力場函數(shù)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，初始力場函數(shù)為：
[0022]
[0023]其中，ω (r，u)為隨空間坐標(biāo)r，取向坐標(biāo)u變換的力場，d為單體單元的直徑長度， ^為接枝高分子的剛性強(qiáng)度值，P(r，u)為接枝高分子的密度分布函數(shù)，u'為取向坐標(biāo)變量， β=1/Τ，Τ為溫度。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實施例，隨機(jī)構(gòu)象生成器通過以下步驟使液晶態(tài)接枝高分子在三維 空間內(nèi)發(fā)生連續(xù)構(gòu)象變化:隨機(jī)生成一個取向坐標(biāo)及角度，使液晶態(tài)接枝高分子中的隨機(jī) 高分子鏈段按照取向坐標(biāo)及角度進(jìn)行剛性轉(zhuǎn)動，其中，角度的范圍為0~360度。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，統(tǒng)計單元采用ΜΡΙ并行計算環(huán)境、利用簡單統(tǒng)計方法對連續(xù) 構(gòu)象變化過程中液晶態(tài)接枝高分子的構(gòu)象進(jìn)行統(tǒng)計。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，密度分布函數(shù)為：
[0027]
[0028] 其中：Μ為統(tǒng)計樣本數(shù)目，r為空間坐標(biāo)，u為取向坐標(biāo)，Ri(s)為第i個樣本的第s個 單體的空間坐標(biāo)，Ui (s)為第i個樣本的第s個單體的取向坐標(biāo)。
[0029] 本發(fā)明提供了一種用于表征液晶態(tài)接枝高分子對于幾何受限下的響應(yīng)行為的蒙 特卡羅快速統(tǒng)計抽樣計算方法。發(fā)明人設(shè)計了適用于剛性到柔性的高分子鏈模型的隨機(jī)分 子構(gòu)象生成器，通過平均場近似下的力場更新，加速接枝高分子體系向熱力學(xué)平衡態(tài)演化， 通過定義接枝高分子體系的橫向?qū)ΨQ性序參量，可以直接觀測體系所發(fā)生的熱力學(xué)相變特 征。
【附圖說明】
[0030] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的確定液晶態(tài)接枝高分子的相變相關(guān)參數(shù)的方法的 流程示意圖；
[0031] 圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的接枝在平行板之間的液晶態(tài)接枝高分子的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0032]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的高分子鏈三維剛體旋轉(zhuǎn)的蒙特卡羅快速抽樣方法 示意圖；
[0033] 圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的高分子鏈在給定的力場環(huán)境下進(jìn)行大量的蒙特卡 羅采樣，生成不同的路徑的示意圖；
[0034] 圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的對高分子刷體系進(jìn)行反復(fù)拉伸和壓縮后，測得的 磁滯回線；
[0035] 圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的蠕蟲鏈以及取向力場的示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 下