嵌段共聚物存在下納米顆粒聚集行為的Monte Carlo研究.pdf

1、具有特殊尺寸、形貌的無機(jī)材料在醫(yī)藥、催化、微電子器件及能源技術(shù)等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用價值。因此，合成形態(tài)、大小及結(jié)構(gòu)受到人為調(diào)控的無機(jī)材料成為現(xiàn)代材料科學(xué)的一個重要研究方向。大量的實驗結(jié)果都表明嵌段共聚物對無機(jī)晶體的結(jié)晶、生長以及由納米顆粒到各種特殊的超結(jié)構(gòu)的形成過程均有獨特的影響，但是目前仿生合成得到的材料主要還是形貌上的創(chuàng)新，晶體生長機(jī)理及各種納米超結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理迄今尚不清楚，計算機(jī)模擬和理論研究鮮有報導(dǎo)。 本論文利用Dy

2、namicMonteCarlo方法對疏水性納米顆粒和嵌段共聚物共存體系進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。全文分五章，論文的內(nèi)容主要分兩部分：(1)不同濃度的兩親嵌段共聚物對納米顆粒聚集行為的影響；(2)以嵌段共聚物的囊泡為模板，構(gòu)筑納米顆粒的空心球超結(jié)構(gòu)。 第一章簡要介紹小分子表面活性劑和嵌段共聚物對無機(jī)粒子形貌調(diào)控的實驗研究，以及嵌段共聚物水溶液中膠束和囊泡形成機(jī)理的實驗和相關(guān)計算機(jī)模擬研究。 第二章介紹了高分子科學(xué)中的Monte

3、Carlo方法，詳細(xì)闡述了有關(guān)高分子鏈構(gòu)象的各種MonteCarlo抽樣方法。 第三章系統(tǒng)研究不同濃度的兩親嵌段共聚物對納米顆粒聚集行為的影響。納米顆粒的疏水性體現(xiàn)在納米顆粒之間的相互吸引，以及納米顆粒與溶劑的相互排斥作用。所以，納米顆粒在溶液中傾向于形成一個致密的大團(tuán)結(jié)構(gòu)。假設(shè)兩親嵌段共聚物AmBm的A鏈段為親水且與納米顆粒相互排斥；而B鏈段為疏水且與納米顆粒相互吸引。當(dāng)溶液中存在AmBm時，納米顆粒的聚集行為發(fā)生了明顯的改變

4、。隨著AmBm濃度的增加，納米顆粒的大團(tuán)簇被分散為表面被B鏈段所包裹的小團(tuán)簇。小團(tuán)簇的數(shù)目隨著AmBm濃度的增加而增加，而小團(tuán)簇的平均尺寸隨著AmBm濃度的增加而逐漸減小。繼續(xù)增加AmBm的濃度，納米顆粒和嵌段共聚物形成規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)。體系形成層狀結(jié)構(gòu)的臨界濃度Cp，L隨著嵌段共聚物鏈長的增加而減少，而Cp,L與納米顆粒的濃度近似呈線性遞減關(guān)系。詳細(xì)考察了各種接觸對的數(shù)目、體系的界面能和總能量隨共聚物濃度的變化關(guān)系。模擬結(jié)果表明，嵌段共

5、聚物可以有效調(diào)控納米顆粒的聚集行為，并誘導(dǎo)形成一系列有序的納米顆粒聚集體。這些聚集體的出現(xiàn)是嵌段共聚物和納米顆粒之間的相互作用與嵌段共聚物自聚集行為相互競爭的結(jié)果。 第四、五章分別考察了兩親兩嵌段共聚物A1B3和三嵌段共聚物A1B6A1形成囊泡的動力學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)大囊泡由小囊泡合并而成。B鏈段組成囊泡的壁，A鏈段分布在囊泡的內(nèi)、外表面。這里，我們僅考慮B鏈段之間的相互吸引作用，其他相互作用參數(shù)設(shè)為0。納米顆粒的疏水性僅僅體現(xiàn)在納米