离子微凝胶的浓度依赖溶胀与结构：粗粒化模型的模拟与理论

我们在一个综合的粗粒化模型中研究离子微凝胶悬浮液的溶胀与结构性质，该模型将微凝胶作为可渗透、可压缩、带电球体的聚合物与胶体双重性质结合起来，并由有效粒子间相互作用支配。该模型综合了交联聚合物凝胶的 Flory-Rehner 理论、有效弹性相互作用的 Hertz 连续介质理论，以及密度依赖有效静电相互作用的理论。利用蒙特卡洛模拟与热力学微扰理论实现该模型，我们计算了平衡粒子尺寸分布、溶胀比、体积分数、净价、径向分布函数以及静态结构因子随浓度的变化。由粒子位移与尺寸变化组成的试探蒙特卡洛移动根据弹性能与静电能的总变化被接受或拒绝。该理论结合了初阶热力学微扰与变分自由能近似。对于示例性系统参数，理论与模拟在从稀溶液到超过粒子重叠的浓度范围内紧密吻合。随着浓度增加，微凝胶去溶胀，我们预测净价下降以及配对关联的一种不寻常饱和。与 PNIPAM 粒子的去离子水溶液悬浮液的实验数据比较，证明了该粗粒化模型预测并解释实测溶胀行为的能力。