嵌段共聚物共混體系的自洽平均場(chǎng)理論研究.pdf

1、南開大學(xué)博士學(xué)位論文嵌段共聚物共混體系的自洽平均場(chǎng)理論研究姓名：吳志強(qiáng)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：物理學(xué)；凝聚態(tài)物理指導(dǎo)教師：李寶會(huì)201105中文摘要較大的分離強(qiáng)度范圍。通過分析相圖，我們就長(zhǎng)鏈和短鏈共聚物之間的鏈長(zhǎng)比R對(duì)共混物的相容性以及不同有序結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了廣泛的討論。體系中由于長(zhǎng)鏈聚合物為對(duì)稱兩嵌段共聚物，因此其自組裝形態(tài)為層狀相，而短鏈為近對(duì)稱兩嵌段共聚物，其結(jié)構(gòu)根據(jù)情況不同可以是無序相、球狀相、柱狀相或?qū)訝钕?。理論結(jié)果

2、表明，共混體系表現(xiàn)出較單一成分共聚物熔體復(fù)雜得多的相行為。首先，我們預(yù)言了隨著短鏈兩嵌段共聚物體積分?jǐn)?shù)的增加，一系列有序相之間的相變將會(huì)發(fā)生，將出現(xiàn)由層狀相到非零界面曲率的有序相(如柱狀相和球狀相)的轉(zhuǎn)變。值得一提的是，我們發(fā)現(xiàn)在分離強(qiáng)度較高的時(shí)候，兩個(gè)嵌段共聚物熔體自身自組裝為層狀相，但在其共混體系很大的共混比例范圍內(nèi)，柱狀相將是熱力學(xué)穩(wěn)定相。這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀察有很好的符合。其次，當(dāng)兩種共聚物鏈的鏈長(zhǎng)比R足夠大時(shí)，在較強(qiáng)分離域，宏觀相

3、分離將發(fā)生。由于短鏈熔體自身形成的結(jié)構(gòu)隨著分離強(qiáng)度的變化會(huì)不同，理論所預(yù)言的共混體系中的共存相也較為復(fù)雜，包括：層無序(相)共存，層柱共存，柱柱共存，柱無序共存，球無序共存，柱球共存等共存區(qū)將在相圖中出現(xiàn)。另外，我們也繪制了體系中典型有序結(jié)構(gòu)的密度圖以便理解不同鏈在有序結(jié)構(gòu)中的分布。在第四章中，我們擴(kuò)展了對(duì)兩嵌段共聚物共混體系的研究范圍，主要考慮長(zhǎng)鏈共聚物處于強(qiáng)分離條件下，兩種共聚物的成分組成和鏈長(zhǎng)比對(duì)體系相行為的影響，進(jìn)而探索宏觀相分

4、離和微相分離之間的關(guān)系。為了擴(kuò)大所要計(jì)算的參數(shù)空間，我們對(duì)有序結(jié)構(gòu)采用了單元胞近]以(unitcellapproximation)，并利用Bessel基函數(shù)對(duì)自洽平均場(chǎng)方程進(jìn)行展開。我們研究了四類共混體系，對(duì)每一類均比較不同結(jié)構(gòu)(層、柱、球和無序相)的自由能，構(gòu)造相圖。研究發(fā)現(xiàn)微相分離和宏觀相分離的競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了體系復(fù)雜的相行為。首先，通過調(diào)節(jié)共混比例，將會(huì)得到不同的有序結(jié)構(gòu)。短鏈共聚物傾向于聚集在長(zhǎng)鏈共聚物所形成的有序結(jié)構(gòu)的界面處，從而改

5、變其界面性質(zhì)，進(jìn)而影響到不同結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在微相分離方面，共混體系自組裝的一個(gè)重要特征是，通過共混，可以打破在單一成分的共聚物熔體中有序結(jié)構(gòu)與體系成分組成之間的關(guān)系。例如，兩種各自形成層狀相的兩嵌段共聚物通過混合可以得到柱狀相；在某些參數(shù)下，即使系統(tǒng)中A嵌段體積分?jǐn)?shù)接近O5，我們依然可以得到球狀相；當(dāng)體系中A嵌段體積分?jǐn)?shù)小于03的時(shí)候，層狀相依然是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這些均是在單一兩嵌段共聚物的熔體中所沒有的。其次，當(dāng)兩種共聚物鏈的鏈長(zhǎng)比較大時(shí)，