嵌段共聚物在受限狀態(tài)下自組裝形態(tài)的介觀模擬.pdf

1、嵌段共聚物體系在受限狀態(tài)下的自組裝過程，受施限結(jié)構(gòu)體的空間尺寸、界面吸引作用等性質(zhì)的影響，表現(xiàn)出與本體中不同的相形為。因此人們可以利用這些受限狀態(tài)下形成的結(jié)構(gòu)制備具有新功能的納米材料。通過計(jì)算機(jī)模擬研究嵌段共聚物體系在受限狀態(tài)下的自組裝過程不僅有助于深入探討嵌段共聚物的相形為的本質(zhì)，更為預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象提供良好的理論指導(dǎo)方法。本論文使用動(dòng)態(tài)密度泛函方法，系統(tǒng)的研究?jī)汕抖魏腿抖喂簿畚镌诠軤罱Y(jié)構(gòu)、核-殼型納米微孔內(nèi)以及納米微球外的自組裝

2、現(xiàn)象，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： 1．采用介觀動(dòng)力學(xué)方法模擬了AB兩嵌段共聚物受限在圓柱夾層內(nèi)的自組裝過程，分別研究了嵌段的體積分?jǐn)?shù)、聚合物濃度、嵌段之間的相互作用能和施限體尺寸對(duì)相結(jié)構(gòu)的影響。模擬結(jié)果表明，嵌段共聚物在這種二維的受限狀態(tài)下，依據(jù)A嵌段的體積分?jǐn)?shù)fA能夠形成不同的相結(jié)構(gòu)，如：穿孔層狀相、螺旋狀結(jié)構(gòu)等。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，形成的自組裝結(jié)構(gòu)不僅依賴于嵌段的體積分?jǐn)?shù)，同時(shí)也依賴于聚合物的濃度和不同嵌段之間的相互作用能等。本文

3、在探討不同參數(shù)的影響過程中發(fā)現(xiàn)很多新穎的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，有些甚至是首次出現(xiàn)，如通過選擇合適的參數(shù)，我們可以觀察到類似單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)驗(yàn)證了通過嵌段共聚物在受限狀態(tài)下制備單個(gè)納米結(jié)構(gòu)器件的可能性，同時(shí)為制備具有新型功用的納米器件提供可能的研究思路。 2．從兩嵌段共聚物體系拓展到對(duì)ABA型三嵌段共聚物體系，研究其在核-殼納米微孔內(nèi)的自組裝結(jié)構(gòu)。通過系統(tǒng)地改變xN和f參數(shù)，粗略地繪制出描述ABA三嵌段共聚物微相分離的相圖，

4、并且發(fā)現(xiàn)四種膠束結(jié)構(gòu)：雙層的同心球形層狀相、穿孔的雙連續(xù)相、條帶狀、以及穿孔相與條帶狀的雜化結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)：通過改變施限體的尺寸可以控制相結(jié)構(gòu)，如影響多層的同心球形層狀相結(jié)構(gòu)的數(shù)目；通過改變施限體表面對(duì)不同嵌段的表面吸引可以控制位于施限表面的相組分的種類。 3．通過模擬研究聚合物A4B9A4在兩個(gè)納米微球的三維限制下形成的自組裝結(jié)構(gòu)，分別討論微球直徑、微球間距離以及聚合物濃度對(duì)自組裝結(jié)構(gòu)的影響。模擬過程中觀察到平行球面的蠕蟲狀結(jié)

5、構(gòu)、平行層狀相、垂直球面的柱狀相和垂直層狀相。對(duì)于兩個(gè)微球限制作用的研究有利于深入探討多個(gè)緊密堆積微球的限制作用，從而了解這些微球在利用雙模板制備多尺寸分級(jí)有序結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)聚合物自組裝成介孔尺寸結(jié)構(gòu)的影響。 本文的研究對(duì)兩嵌段和三嵌段共聚物在受限狀態(tài)下自組裝的調(diào)控和應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)，豐富和加深了人們對(duì)嵌段共聚物自組裝行為的認(rèn)識(shí)和理解。本論文主要特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)： 1、通過自編程序，有目的的修改商業(yè)軟件MesoDyn自帶的計(jì)算模