共溶质在聚合物网络中的分配：柔性与体积转变的影响

我们通过粗粒化（隐式溶剂）随机动力学模拟与平均场理论相结合，研究了半柔性聚合物网络薄膜中共溶质粒子的分配。我们针对选定的聚合物柔性，聚焦于广泛的溶剂质量和共溶质-网络相互作用。我们所研究的系综（等温等压）允许网络发生从伸展态到塌缩态的体积转变，而共溶质可相应地分布于本体和网络中。我们发现了丰富的网络平衡态拓扑及其间的转变，其定性依赖于溶剂质量、聚合物柔性和共溶质-网络相互作用。特别地，我们发现了一种新颖的“共溶质诱导”塌缩态，其中强吸引的共溶质桥联网络单体，尽管后者相互排斥。最后，作为溶剂质量和共溶质-网络相互作用函数的共溶质全局分配“图景”，展现出非常不同的拓扑，取决于聚合物柔性。模拟结果得到了一个双组分平均场近似的理论预测的支持，该近似针对亥姆霍兹自由能，以维里展开的形式考虑了链弹性和粒子相互作用。我们的发现对于解释水凝胶薄膜中的传输过程和渗透性具有启示意义，正如在过滤或大分子载体系统中所实现的那样。