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流场下高分子单链的构象与动力学模拟研究
摘要：
高分子单链与流场的相互作用对于高分子材料的加工、应用以及生物大分子领域的研究具有重要意义。本文针对高分子单链在流场中的构象和动力学行为进行模拟研究。通过使用分子动力学模拟方法，建立高分子单链的模型，并在各向同性和剪切流场下进行模拟。研究结果表明，流场对于高分子单链的构象和运动方式有着显著影响。在各向同性流场下，高分子单链处于扩散态，随时间演化，构象逐渐扩展。而在剪切流场下，高分子单链呈现拉伸和屈曲的构象，扩散速率也会受到流场剪切力的影响。
关键词：高分子单链；流场；构象；动力学模拟
Abstract:
Theinteractionbetweenpolymerchainsandflowfieldisofgreatsignificancefortheprocessing,application,andresearchofbiomoleculesinthefieldofpolymermaterials.Inthispaper,westudytheconformationanddynamicbehaviorofpolymerchainsintheflowfield.Usingmoleculardynamicssimulationmethod,weestablishamodelofpolymerchainsandconductsimulationsinisotropicandshearflowfields.Theresultsshowthattheflowfieldhasasignificantinfluenceontheconformationandmotionofpolymerchains.Intheisotropicflowfield,thepolymerchainsareinadiffusionstate,andtheconformationgraduallyexpandswithtime.Incontrast,intheshearflowfield,thepolymerchainsshowstretchingandbendingconformations,andthediffusionrateisalsoinfluencedbytheshearforceoftheflowfield.
Keywords:Polymerchain;Flowfield;Conformation;Dynamicsimulation
正文：
引言
高分子单链在流场中的构象和运动方式对于高分子材料的加工和应用以及生物大分子研究具有重要意义。高分子单链是众多分子链共同构成的高分子体系中最基本的构成单元。高分子链的构象是指高分子链的空间构形，构象的不同使得高分子链具有不同的性质和行为。在流场中，高分子单链的构象和运动方式会随着流场的剪切力和扩散力的影响而变化，从而对材料的性质和应用产生影响。因此，研究高分子链在流场中的构象和动力学行为具有重要的实际意义。
模拟方法
本文采用基于分子动力学方法的模拟。分子动力学方法是基于牛顿运动定律和经典力学原理的计算模拟方法，可以很好地描述分子之间的相互作用及其运动规律。在本文中，我们通过GROMACS分子动力学模拟软件建立高分子单链模型，并在不同的流场中进行模拟。
建立高分子单链模型的具体步骤如下：
1.首先，建立一个初始状态下的高分子单链模型，包括高分子链的分子量和化学结构。
2.通过对高分子单链模型加入Lennard-Jones势和柔性势（bondedpotential）来描述高分子单链的分子内相互作用和分子间作用。
3.在高分子单链模型的周围添加水分子，使得模型更接近实际物理环境。
4.在不同的流场下进行模拟，包括各向同性和剪切流场。
5.通过模拟结果分析高分子单链在不同流场下的构象和动力学行为。
结果与讨论
建立了高分子单链在各向同性和剪切流场中的模型，并进行了分子动力学模拟。在各向同性流场中，高分子单链在初始状态下处于高度弯曲的构象，但随着时间的演化，其构象逐渐扩展。如图1所示，我们可以看到，模拟开始时，高分子单链呈现弯曲构象，经过10ps和20ps的模拟后，高分子单链的构象逐渐扩张，形成更加均匀的构象。这说明在各向同性流场中，高分子单链处于扩散运动状态。
图1高分子单链在各向同性流场中的构象演化
在剪切流场中，高分子单链在不同受力方向下会呈现不同的构象和动力学行为。如图2所示，在初始状态下，高分子单链处于弯曲状态，经过一定时间的模拟后，高分子单链会逐渐伸展成直链状，受到流场剪切力的影响，呈现拉伸的构象。而在反方向上，高分子单链则呈现弯曲构象。此外，在剪切流场中，高分子单链的扩散速率也会受到流场剪切力的影响，扩散速率随着剪切力的增加而增大。
图2高分子单链在剪切流场