刺激响应型高分子材料 综述(4)

模型，模拟和理论上的挑战

刺激响应型高分子体系的结构取决于非键相互作用、大分子的构象熵，以及来自不可逆接枝和形成网络的约束，或是基底几何结构之间的微秒相互作用。对这些集体现象的描述需要一种粗粒度方法（一种计算方法）。标度和自洽场理论以及粒子模拟和粗粒度模型一起被用于研究，尤其是，高分子刷、聚电解质层和多组分凝胶相分离。

尽管标准的粗粒度模型和系统的粗粒度程序可用于简单的体系，刺激-响应型多组分体系在溶液中的粗粒度模型的发展仍处于初级阶段。

为实际应用，在外部刺激存在时，结构变化的动力学是最相关的。尽管这是设计具有快速响应时间体系的先决条件，但是有时候在相关的实验时间尺度仍旧不清楚是否可以达到平衡。因此，动力学可以指导观察到的结构。对外部刺激而响应的一时的重排的研究才刚刚开始。

Molecular modelling of responsive polymer layers.

响应性聚合物层的分子模拟

响应性聚合物层的一个重要方面是存在于链构象、特殊的分子内和分子间相互作用以及聚合物层内可能的可逆的化学反应之间的耦合。基本的想法是在利用平均场近似处理分子间相互作用时，尽可能考虑每个分子和更多分子细节。这种方法同时预测了热力学性质和结构性质，并且可以将各种不同的相互作用，氢键以及体系所存在的化学反应进行合并。聚合物分子水平的细节包括允许用密度泛函理论和分子平均场理论来详尽地描述层的结构。这些方法主要的区别在于处理分子的细节上。事实上，他们在一定程度上是等价的。这些方法表现出良好的预测能力，但是他们也存在一些缺陷，比如缺少分子间的相关性和假设体系是横向均一的，因此不能处理表面区域。同时，包含静电相互作用的平均场方法在一些情况下是有问题的。

Particle-based simulations of large 3D assemblies.

大的三维组装体的粒子模拟

粒子模型的计算机模拟需要大量的计算机资源。为研究大的、三维体系的自组装和相分离，设计了软电位的粗粒度模型。在这些模型中，排除体积的缺失允许表示几个原子的质心的小珠子重叠。因此，可以描述和实验上大的聚合度不变的以及实际波动的体系。软相互作用可以是成对的（例如，耗散粒子-动力学模型）也可以采用密度泛函模型，使得和分子、平均场以及多组分体系的动力学密切相关。这些模型已经用于混合高分子刷的研究。

未来的发展方向

响应型高分子体系可以用于各种应用，例如可控表面和粘合剂，适应环境的防护涂层，人造肌肉，传感器以及载药。生物化学，环境科学和生物医学仅仅是重要应用领域的几个例子，刺激响应型高分子材料还有更大的发展空间。事实上，开发对生物化学信和通常出现在纳摩尔浓度以下的生物指标有响应的复杂体系是一个挑战。这样的体系需要响应型的粒子具有复杂的、分层的结构以适应各种可能的机制。分层结构（例如，层次划分）同样对接受信号和通过改变材料性质