确定液晶态接枝高分子的相变行为相关参数的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料技术领域，具体地，涉及确定液晶态接枝高分子的相变行为相关 参数的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 液晶态高分子刷是由既具有晶体的各项异性又具有液体的流动性的小分子基团 所聚合而成的高分子链。在生物体中广泛的存在由这种液晶态的高分子所构成的结构，研 究液晶态高分子刷在几何空间受限下的响应行为对于探索生物体中生物膜这样的具有复 杂多变功能单元，以及理解生物细胞在外部条件刺激下的适应行为等有重大研究价值。
[0003] 然而，目前关于液晶态高分子刷在几何空间受限下的响应行为的研究仍有待深 入。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种操作简单、快捷、或者准确度高的确定液晶态高分子刷的相变行为 相关参数的手段。
[0005] 在本发明的一个方面，本发明提供了一种确定液晶态接枝高分子的相变行为相关 参数的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：（1)确定液晶态接枝高分子的初始力场函 数；（2)使液晶态接枝高分子在三维空间内发生连续构象变化至液晶态接枝高分子呈热力 学平衡状态；（3)对连续构象变化过程中液晶态接枝高分子的构象进行统计，得到液晶态接 枝高分子的密度分布函数；（4)基于步骤(3)中得到的密度分布函数，确定液晶态接枝高分 子的当前力场函数；（5)确定当前力场函数的自洽收敛性；（6)如果当前力场函数自洽收敛， 对液晶态接枝高分子进行拉伸或压缩，基于步骤(3)中得到的密度分布函数，确定液晶态接 枝高分子的相变相关参数;如果当前力场函数非自洽收敛，以当前力场函数作为初始力场 函数，重复步骤(2)至(6)，至当前力场函数自洽收敛。发明人发现，该方法可以高效地生成 大量的统计抽样样本(液晶态接枝高分子构象样本），并可以直接对高分子构象进行统计采 样，获得微观结构信息，另外，该方法可以快速地将液晶态接枝高分子演化到热力学平衡 态，较为精确地计算液晶态接枝高分子的热力学量和序参量，并获取液晶态接枝高分子的 相变相关参数。
[0006] 根据本发明的实施例，液晶态接枝高分子为高分子刷，优选为接枝在两块平行板 之间的高分子刷。
[0007] 根据本发明的实施例，相变相关参数为相变温度Tc。
[0008] 根据本发明的实施例，初始力场函数是通过昂萨格模型和平均场近似方法获得 的。
[0009] 根据本发明的实施例，初始力场函数为：
[0010]
[0011]其中，co(r，u)为随空间坐标r，取向坐标U变换的力场，d为单体的直径长度，1 PS 接枝高分子的刚性强度值，P(r，u)为接枝高分子的密度分布函数，u'为取向坐标变量，β = 1/Τ，Τ为温度。
[0012] 根据本发明的实施例，在步骤(2)中，使液晶态接枝高分子在三维空间内发生连续 构象变化是通过以下步骤进行的：随机生成一个取向坐标及角度，使液晶态接枝高分子中 的随机链段按照取向坐标及角度进行刚性转动，其中，角度的范围为〇~360度。
[0013] 根据本发明的实施例，在步骤(3)中，对连续构象变化过程中液晶态接枝高分子的 构象进行统计是采用ΜΡΙ并行计算环境、利用简单统计方法进行的。
[0014] 根据本发明的实施例，密度分布函数为：
[0015]
[0016] 其中：Μ为统计样本数目，r为空间坐标，u为取向坐标，Ri(s)为第i个样本的第s个 单体的空间坐标，Ui (s)为第i个样本的第s个单体的取向坐标。
[0017] 在本发明的另一方面，本发明提供了一种确定液晶态接枝高分子的相变行为相关 参数的设备。根据本发明的实施例，该设备包括:初始力场函数确定单元，用于确定液晶态 接枝高分子的初始力场函数;随机构象生成器，用于使液晶态接枝高分子在三维空间内发 生连续构象变化至液晶态接枝高分子呈热力学平衡状态；统计单元，用于对连续构象变化 过程中液晶态接枝高分子的构象进行统计，确定液晶态接枝高分子的密度分布函数；当前 力场函数确定单元，用于基于统计单元确定的密度分布函数，确定液晶态接枝高分子的当 前力场函数;判断单元，用于确定当前力场函数的自洽收敛性;相变相关参数确定单元，用 于在当前力场函数自洽收敛时，对液晶态接枝高分子进行拉伸或压缩，并基于统计单元确 定的密度分布函数，确定液晶态接枝高分子的相变相关参数。发明人发现，根据本发明实施 例的该设备结构简单，操作方便，可以高效地生成大量的统计抽样样本(液晶态接枝高分子 构象样本），并可以直接对高分子构象进行统计采样，获得微观结构信息，另外，该设备可以 快速地将液晶态接枝高分子演化到热力学平衡态，较为精确地计算液晶态接枝高分子的热 力学量和序参量，并获取液晶态接枝高分子的相变相关参数。
[0018] 根据本发明的实施例，液晶态接枝高分子可以为高分子刷，优选为接枝在两块平 行板之间的高分子刷。
[0019] 根据本发明的实施例，相变相关参数为相变温度。
[0020] 根据本发明的实施例，初始力场函数确定单元通过昂萨格模型和平均场近似方法 确定初始力场函数。
[0021] 根据本发明的实施例，初始力场函数为：
[0022]
[0023]其中，ω (r，u)为随空间坐标r，取向坐标u变换的力场，d为单体单元的直径长度， ^为接枝高分子的刚性强度值，P(r，u)为接枝高分子的密度分布函数，u'为取向坐标变量， β=1/Τ，Τ为温度。
[0024]根据本发明的实施例，随机构象生成器通过以下步骤使液晶态接枝高分子在三维 空间内发生连续构象变化:随机生成一个取向坐标及角度，使液晶态接枝高分子中的随机 高分子链段按照取向坐标及角度进行刚性转动，其中，角度的范围为0~360度。
[0025] 根据本发明的实施例，统计单元采用ΜΡΙ并行计算环境、利用简单统计方法对连续 构象变化过程中液晶态接枝高分子的构象进行统计。
[0026] 根据本发明的实施例，密度分布函数为：
[0027]
[0028] 其中：Μ为统计样本数目，r为空间坐标，u为取向坐标，Ri(s)为第i个样本的第s个 单体的空间坐标，Ui (s)为第i个样本的第s个单体的取向坐标。
[0029] 本发明提供了一种用于表征液晶态接枝高分子对于几何受限下的响应行为的蒙 特卡罗快速统计抽样计算方法。发明人设计了适用于刚性到柔性的高分子链模型的随机分 子构象生成器，通过平均场近似下的力场更新，加速接枝高分子体系向热力学平衡态演化， 通过定义接枝高分子体系的横向对称性序参量，可以直接观测体系所发生的热力学相变特 征。
【附图说明】
[0030] 图1显示了根据本发明实施例的确定液晶态接枝高分子的相变相关参数的方法的 流程示意图；
[0031] 图2显示了根据本发明实施例的接枝在平行板之间的液晶态接枝高分子的结构示 意图；
[0032]图3显示了根据本发明实施例的高分子链三维刚体旋转的蒙特卡罗快速抽样方法 示意图；
[0033] 图4显示了根据本发明实施例的高分子链在给定的力场环境下进行大量的蒙特卡 罗采样，生成不同的路径的示意图；
[0034] 图5显示了根据本发明实施例的对高分子刷体系进行反复拉伸和压缩后，测得的 磁滞回线；
[0035] 图6显示了根据本发明实施例的蠕虫链以及取向力场的示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下