胶体分子(Colloidal Molecules, CMs)的精确设计对于层级超结构的自组装至关重要,然而实现聚集数的离散、定量控制仍是一个关键挑战。针对这一问题,本研究采用分子动力学模拟和平均场理论框架,系统研究了单链聚合物接枝纳米粒子(SPGNPs)的聚集行为。研究揭示了纳米粒子形状依赖的立体阻碍如何调控精确组装的物理机制。通过计算两个SPGNPs之间的平均力势(PMF),发现组装过程由聚合物介导的吸引力和形状依赖的立体阻碍之间的竞争所主导。纳米粒子的形状影响整体势能分布,并进一步调控吸引力的有效范围。引入了链长敏感系数Sc来量化团簇尺寸n*对聚合物长度N的响应性。标度分析表明Sc与纳米粒子特征尺寸R的4次方成反比(Sc ∝ 1/R4),这表明增加纳米粒子与接枝点间的距离会抑制系统的敏感性。这种抑制导致稳定聚集平台的形成,这是定量控制的潜在机制。通过系统调节纳米粒子体积以平衡聚合物吸引力,模拟结果证实可以精确稳定离散的寡聚态,包括二聚体、三聚体和四聚体。该工作提出了一种合理的、纯物理的设计路径,仅依靠基本的几何和热力学机制即可实现具有可编程配位数的胶体分子的精确"数字化"调控。

Macromolecules 2026, 59, 12, 6936–6949
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