基于分层原子级、粗粒化与滑簧模拟的聚合物熔体动力学与流变学
软凝聚态物质
2021-06-09 v1
摘要
提出一种分层（三尺度）模拟方法，用于预测高分子量缠结聚合物熔体的动力学与流变学性质。该方法由原子级、适度粗粒化（mCG）和高度粗粒化滑簧（SLSP）模拟组成。在 mCG 层级，将数个化学键连的原子归并为一个粗粒化珠。在此层级，保留了原子级系统的化学同一性以及链间拓扑约束（缠结）。mCG 势通过迭代玻尔兹曼反演使 mCG 模型的局域结构分布匹配原子级模型而导出。为匹配 mCG 与原子级动力学，对 mCG 时间乘以一时间缩放因子，以补偿 mCG 模型较原子级模型更低的单体摩擦系数。在 SLSP 层级，聚合物链的数个 Kuhn 段由一个粗粒化珠表示。珠间极软的非键相互作用不妨碍链穿越，因而不能捕捉缠结。拓扑约束由滑簧表示。SLSP 模型中采用补偿对势，以在引入滑簧时保持静态大分子性质不变。SLSP 模型的静态与动力学参数基于较低层级模拟模型确定。特别地，通过匹配端到端矢量的取向自相关，确定滑簧数目并标定 SLSP 模型的时间尺度。作为测试案例，该分层方法应用于 413 K 下的顺式-1,4-聚丁二烯（cPB）。计算了 cPB 熔体在宽广分子量范围内的动力学性质。计算与文献中的实验数据对比，发现吻合良好。
引用
@article{arxiv.2101.08985,
title = {Dynamics and Rheology of Polymer Melts via Hierarchical Atomistic, Coarse-grained, and Slip-spring Simulations},
author = {Alireza F. Behbahani and Ludwig Schneider and Anastassia Rissanou and Anthony Chazirakis and Petra Bačová and Pritam Kumar Jana and Wei Li and Manolis Doxastakis and Patrycja Polińska and Craig Burkhart and Marcus Müller and Vagelis A. Harmandaris},
journal= {arXiv preprint arXiv:2101.08985},
year = {2021}
}