熵焓共同作用下納米粒子-高分子復合體系的自組裝.pdf

1、納米粒子/高分子復合物在包括膠體科學、高分子科學、納米材料和生物技術等廣泛領域內具有基礎科學與技術應用上的雙重重要研究意義。對納米粒子/高分子復合物自組裝的研究將為構建具有高宏觀電學、力學、光學、熱學等性能的納米新材料開辟新的道路，并將對了解某些生物大分子的結構與其對應的生物功能具有指導意義。一般而言，納米粒子/高分子復合物的自組裝行為會受到許多因素的影響，其最終結構將一個復雜的熵焓共同作用來決定。在本學位論文中，通過采用分子動力學模擬

2、和介觀尺度上的粗粒化模型，我們對納米粒子/高分子復合物在不同條件下的自組裝行為進行了廣泛地研究，發(fā)現(xiàn)了許多有意義的現(xiàn)象與結果，其中感興趣的影響因素包括:高分子體系的分子結構（線性高分子鏈、星型高分子和分子刷）、高分子鏈的剛性、納米粒子與高分子間的相互作用、納米粒子的大小與形狀（球形納米粒子、納米棒、納米塊、軟納米球等）。這一研究結果將為對控制納米粒子/高分子復合物體系的自組裝行為與結構具有指導意義的一系列普適性策略的發(fā)現(xiàn)與提出提供幫助。

3、
　　在本論文第二章中，通過控制高分鏈的剛性，我們研究發(fā)現(xiàn)長的半剛性高分子鏈能夠作為一個有效的軟彈性媒介來調控吸附在高分子鏈上的小數(shù)目的納米積木(building block)的有序結構。在只有兩個球形粒子的極限情況下，我們發(fā)現(xiàn)了三種類型的局域組織:單體層次的緊系粒子橋接、直接接觸集聚和分散。對于小數(shù)目球形粒子的情況，粒子的有序結構，包括球形和線形集聚結構，強烈依賴于高分子鏈的剛性。對于非球形積木，相鄰積木間的相對取向也會強烈地受

4、到高分子鏈彎曲剛性的影響。
　　在本論文第三章中，我們探索了納米棒/半剛性星型高分子復合體系中納米棒的有序結構，發(fā)現(xiàn)小數(shù)目納米棒的結構可以通過改變星型高分子鏈的剛性來很好的控制。在適當?shù)募{米棒與星型高分子間的吸附作用下，我們觀察到了四種完全不同的小數(shù)目納米棒結構，其包括柔性星型高分子時的邊對邊六角排列聚集結構、部分平行聚集結構、半剛性星型高分子時的端對端接觸平行聚集結構和剛性星型高分子鏈時的部分分散結構。半剛性星型高分子束縛到納米

5、棒上的螺旋結構為小數(shù)目納米棒端對端接觸平行聚集結構的形成負責。
　　在本論文第四章中，我們探索了浸入到半剛性高分子刷中的兩相納米粒子(binary nanoparticles)的集聚行為和相分離結構，研究發(fā)現(xiàn)這一兩相納米粒子/高分子刷復合體系的構象行為對大小納米粒子的直徑比的變化與納米和高分子刷間的吸引相互作用強度的大小的改變非常敏感。在一個相對比較強的吸引相互作用時，兩相納米粒子會在由高分子刷提供的納米粒子間的熵吸引作用下發(fā)生相

6、分離。更進一步地，在強的相互作用時，小納米粒子會發(fā)生結晶化形成一個六角緊密堆積狀(hcp-like)的有序結構。
　　在本論文第五章中，我們研究了半剛性高分子刷中納米棒的空間取向與構象轉變行為，發(fā)現(xiàn)納米棒集聚體的取向由納米棒插入高分子內的熵損失和納米棒與高分子刷間的吸引作用能間的競爭來控制。通過減少高分子刷的嫁接密度或增加納米棒的數(shù)目，納米棒的集聚體會經歷一個從豎直方向到水平方向的取向轉變。對于納米棒來說，半剛性高分子刷可以被看做