两亲性嵌段聚合物的同步辐射小角x射线散射研究

应用同步辐射小角x射线散射(SAXS)方法研究了不同聚合条件下苯乙烯对乙烯基苯甲酸两亲性嵌段聚合物的聚集行为,结果发现该聚合物在选择性溶液中自组装形成胶束.胶束的形态和结构取决于嵌段聚合物的组成、浓度以及溶剂的性质等因素 关键词： 小角x射线散射 两亲性嵌段聚合物 分形维数 粒径     

蠕虫状链模型在高分子物理研究中的应用

蠕虫状链模型可以更好地描述非柔性高分子的空间链构象统计,因此被公认为是更加接近真实高分子的粗粒化高分子链模型.本文从蠕虫状链模型的物理特点出发,简单回顾了该模型在自洽场理论方法中的发展历程,着重从三个研究方向总结了近年来蠕虫状链模型在高分子物理研究中的应用:高分子液晶相结构及其转变的研究;几何表面对高分子体系的影响;蠕虫状嵌段共聚物自组装.最后,针对现有理论的发展现状,对未来基于该模型的场论模拟方法的发展方向提出了展望.     

AB/CD嵌段共聚物共混体系多尺度结构的自洽场模拟

本文采用自洽场理论模拟了AB/CD嵌段共聚物共混体系的自组装. 改变组分B与D间的相互作用, 得到了不同空间尺度上的两种层状结构和只能在非对称组成情况才能得到的核壳结构. 结果表明, 这种多尺度结构的形成是因为BD间排斥作用的减弱或者吸引 作用的增强导致二者间相互融合程度的增加. 当BD间的相互融合程度与AB和CD间的相互融合程度相当时, 体系会发生宏观层状与微观层状结构间的转变. 此外, 本文还从能量角度揭示了体系发生这种结构转变的深层次原因. 关键词： 嵌段共聚物 共混 多尺度结构 自洽场     

纳米通道内高分子稀溶液的分子动力学模拟

运用分子动力学方法对纳米通道内的高分子稀溶液进行了模拟,分析了通道宽度、壁面性质和链长对高分子链构象参数和质心密度分布的影响。模拟结果表明:随着通道宽度和壁面接触角的增大,回转半径逐渐减小,高分子链实现了从二维构象向三维构象的转变;通道宽度的减小和壁而接触角的增大,均导致高分子链远离壁面;在通道宽度一定时,长链高分子易呈伸展状且远离壁面,而短链易呈团聚状且移向壁面.     

受限壁的选择性对软受限下星形三嵌段共聚物形貌的影响

基于嵌段共聚物在软受限条件下能够自组装形成很多有序结构,在催化、电子器件、光学传感等领域有广泛的应用价值,目前只对线性三嵌段共聚物在软受限下的自组装形貌做了分析,对星形三嵌段共聚物在软受限下的自组装行为还未有一个统一的定论.在这项研究中,应用模拟退火来研究ABC星形三嵌段共聚物在软受限下的自组装行为,嵌段与溶剂没有选择性下(中性壁),通过调整三个嵌段(f_A、f_B和f_C)的体积分数来构建相图,我们的模拟预测了各种独特的自组装纳米结构,包括薄片+球形、圆柱状,穿孔层,薄片+圆柱体,核壳补丁.然后通过改变嵌段与溶剂的选择性预测了链长度比为1:x:1的共聚物粒子形貌.通过计算接触数、均方根末端距与平均链长的比值以及平均键长随x的变化,验证了形貌转变机制.     

基于自洽场理论两亲高分子自组装的研究

运用扩展的自洽场和密度泛函理论(SCF/DFT),研究ABC蝌蚪形两亲高分子在稀溶剂中的自组装形态,其中蝌蚪形两亲高分子由线形嵌段共聚物链AB嫁接到球形纳米颗粒C上构成.与以往研究的线形ABC两亲高分子相比,蝌蚪形两亲高分子的自组装形态有着很大的不同.在粒子亲溶剂,嵌段共聚物疏溶剂时,各组分间弱分凝条件下,蝌蚪形两亲高分子自组装成胶球状形貌;在强分凝条件下,随着嵌段共聚物疏溶剂性的增强,两亲高分子的自组织态由胶球状转变成四角、三角状形貌,其中嵌段B主要分布在各角上.通过改变各组分间的相互作用,在嵌段A亲溶剂,嵌段B和粒子疏溶剂时,粒子呈平行棒状或小方块状分布在胶球中.     

利用微悬臂梁表面应力研究聚N-异丙基丙烯酰胺分子的构象转变

提出了一种基于微悬臂梁传感技术研究大分子折叠/构象转变的新方法.通过分子自组装的方法将热敏性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)分子链修饰到微悬臂梁的单侧表面,用光杠杆技术检测温度在20-40 ℃之间变化时由于微悬臂梁上的PNIPAM分子在水中的构象转变所引起的微悬臂梁变形.实验结果显示:在升温过程中,微悬臂梁的表面应力发生了变化并且导致微悬臂梁产生了弯曲变形,这个过程对应着微悬臂梁上的PNIPAM分子从无规线团构象到塌缩小球构象的构象转变.在降温过程中,微悬臂梁发生了反方向的弯曲变形,这对应着PNIPAM分子从塌缩小球构象向无规线团构象的构象转变.整个温度变化过程中构象转变是连续进行的,而在低临界溶解温度(约32 ℃)附近转变幅度较大,这与自由水溶液中PNIPAM分子的无规线团-塌缩小球构象转变相对应.实验结果还显示:由于PNIPAM分子在塌缩过程中氢键的形成和链段间可能的缠结效应,整个温度循环过程中微悬臂梁的变形是不可逆的且有明显的迟滞效应.     

最有效的相容剂是两嵌段还是多嵌段聚合物？

采用Monte Carlo模拟方法研究了多嵌段聚合物在A／B／嵌段聚合物三组份体系作为相容剂使用的有效性．占总体积19％的A组份在体系中为分散相．模拟结果显示了两嵌段和多嵌段聚合物在界面上的聚集行为,以及如何影响这个不相容体系的相形为．两嵌段聚合物趋于直立在相界面上,而多嵌段聚合物更容易横跨在相界面上并占据较大的界面积．从而导致多嵌段聚合物更有效的阻止体系相分离的发生．     

嵌段共聚物受限于软孔内的自组装

利用自洽场方法研究两嵌段共聚物受限于接枝均聚物链(聚合物刷)圆孔中的自组装相形貌.研究表明,当圆孔内径一定时,嵌段比f和聚合物刷C的体积分数φ_C是调控嵌段共聚物相形貌的主要因素,聚合物刷的弹性熵也起着重要作用.当f＝0.7时,在聚合物刷的浸润下,贴近刷表面处AB嵌段共聚物构成环层状结构,随着φ_C的减小这种结构会周而复始地出现.当f处于0. 关键词： 嵌段共聚物 圆孔受限 聚合物刷 自洽场     

利用微悬臂梁表面应力研究聚N-异丙基丙烯酰胺分子的构象转变

提出了一种基于微悬臂梁传感技术研究大分子折叠/构象转变的新方法.通过分子自组装的方法将热敏性的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)分子链修饰到微悬臂梁的单侧表面，用光杠杆技术检测温度在20—40℃之间变化时由于微悬臂梁上的PNIPAM分子在水中的构象转变所引起的微悬臂梁变形.实验结果显示：在升温过程中，微悬臂梁的表面应力发生了变化并且导致微悬臂梁产生了弯曲变形，这个过程对应着微悬臂梁上的PNIPAM分子从无规线团构象到塌缩小球构象的构象转变.在降温过程中，微悬臂梁发生了反方向的弯曲变形，这对应着PNIPA 关键词： 构象转变 聚N-异丙基丙烯酰胺分子链 表面应力 微悬臂梁     

A2B嵌段共聚物熔体的相分离

采用自洽场的方法对A2B共聚物熔体作了类似星形共聚物的处理，研究了该共聚物的相分离并给出了相图．与两嵌段共聚物的相图相比较而言，在A2B的相图中，只发现了三个经典的有序相：球状相、六角蜂窝形柱状相以及层状相．从两嵌段线形共聚物到Y形共聚物这一链结构上的变化使相图也发生了相应的改变：各相的相边界发生了很大的偏移并且层状相出现的区域被大大的拓宽了．因此，可以通过改变链的结构来控制高分子自组装的微相结构，从而代替传统的改变高分子链中各组分的比例．     

振荡场作用下聚合物/纳米棒混合体系的自组装

采用元胞动力学和布朗动力学联用方法研究了振荡场作用下两嵌段共聚物/均聚物/纳米棒混合体系的自组装相行为.通过计算模拟,探讨了振荡场的振幅和频率对混合体系相形貌形成和演化的影响.研究发现振荡场对体系有序结构的形成和转变有重要作用,随着外加振荡场频率的增大,混合体系形貌从平行于场方向的条纹结构过渡到斜层状结构再转变为垂直于场方向的条纹结构.进一步分析了振荡场作用下体系畴尺寸的演化及纳米棒取向角的变化情况.研究结果为制备和调控聚合物纳米复合材料有序结构提供了新的方法和参考.     

外力驱动作用下高分子链在表面吸附性质的计算机模拟

采用退火法模拟研究受外力F驱动的高分子链在吸引表面的吸附特性.通过高分子链的平均表面接触数〈M〉与温度T之间的关系计算临界吸附温度T_c,并发现T_c随着F的增加而减小;进而通过高分子链的均方回转半径分析外力驱动作用对高分子链构象的影响,并从回转半径极小值或者垂直外力方向的y和z分量的变化交叉校验临界吸附点T_c.模拟计算了处于吸附状态的高分子链随着外力F的增加是否会发生吸附状态到脱附状态的相变以及发生相变所需施加的外力是否由温度所决定.模拟结果表明:两种不同温度下高分子链的吸附性质和构象性质受外力驱动作用而产生不同现象,在温度区间T*_cTT_c时会发生脱附现象,而在TT*_c时不会发生脱附现象.     

共轭聚合物中的量子限制效应和能量传递

在共混的两种共轭聚合物中,采用分子自级装技术制备了嵌段共轭聚合物量子线的异质结构,通过室温下吸收光谱、发光光谱和激姨光谱的研究证实了在这种嵌段共轭聚合物量子线的异质结构中存在很强的激子限制效应以及链内和链间的有效能量传递。     

溶剂效应对发光聚合物性能的影响

以共轭聚合物MEH—PPV和DD—PPV为研究对象，利用UV—Vis吸收光谱和荧光光谱，研究了它们在不同溶剂中及固体膜状态下的发光性质，探索了聚合物的微观结构与其发光性能之间的关系。结果表明。由于聚合物在固体膜状态下较溶液状态有紧密的排列，因此其UV—Vis吸收光谱和荧光光谱与溶液相比发生了较大的红移；相同主链的聚合物，侧链取代基的电负性减弱，可使UV—Vis吸收光谱和荧光光谱发生蓝移；在混合溶剂中，由于每种溶剂对聚合物的溶解能力不同，而使两种构象共存于溶液中，因此在不同配比的混合溶剂中，聚合物的吸收光谱发生相应的变化。     

单链DNA在受限环境中伸展的Monte Carlo模拟

将MonteCarlo方法和键长涨落算法相结合,模拟了受限于两平行平面间的单链DNA分子在外力作用下的伸展以及撤除外力以后弛豫的动力学过程,研究了受限程度对DNA分子的伸展长度及弛豫过程的影响.结果表明,随着受限程度的增加,DNA分子链的构象更加伸展,这主要是由于随着平面间距的减少,DNA分子不同链段之间流体力学相互作用将会被平面屏蔽所致,受限程度不同时DNA分子的弛豫过程进一步证实了这一点.DNA分子的伸展长度(即末端距)随着流速的变化关系与文献给出的实验结果及其对此所做的理论分析是基本一致的.     

范德华作用和静电作用下的二元粒子自组装

采用简单粗粒化粒子模型,通过郎之万动力学模拟研究了具有范德华作用和静电作用的二元粒子自组装．研究发现,通过改变粒子尺寸和粒子间作用强度,二元粒子能够自发形成各种聚集结构,如球 形、堆叠层状与管状结构．利用两亲性分子或两嵌段聚合物自组装理论,解释了二元粒子聚集结构的形成规律．当向溶液中加入反电荷离子时,模拟表明粒子聚集结构在相图中的分布出现了明显偏移．     

西佛碱型液晶化合物相变过程中分子排列方式变化的拉曼光谱研究

用变温拉曼光谱对相变过程的研究表明,液晶化合物的初始晶态与熔融后缓慢降温得到的晶态并不吻合,两个状态下分子尾链的构象及刚性核部分的构象不同导致分子的聚集状态不同。西佛碱型液晶化合物VO10相变过程中,在晶态到液晶态相转变过程中,烷氧基尾链链内构象发生突变,同时有序性降低,刚性核部分两个苯环之间的二面角在相变点时发生明显变化,二面角加大。     

非对称线棒线ABA三嵌段共聚物自组装的自洽场研究

利用自洽场方法在三维空间模拟计算非对称型线/棒/线ABA三嵌段共聚物的自组装.在线棒嵌段体积比例相等的条件下,改变两端的线嵌段体积比例,观察到层状、螺旋状、条状和柱状结构.相分离相互作用参数随着一侧线嵌段体积比例增加而逐渐增大,并且当一侧线体积分数为0.05时,相行为最为丰富.随着相互作用参数增大,层状、螺旋和层状结构依次出现,这与相应的线/棒二嵌段共聚物是不同的;层状、螺旋、条状和柱状结构的出现与相应的对称线/棒/线三嵌段共聚物的自组装行为也不同.     

链构象对稀溶液中MEH-PPV的光致发光的影响

聚(2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1,4-对苯乙炔)(MEH-PPV)在溶液中的链构象依赖于溶剂的性质,共轭聚合物的发光特性受链构象影响明显。在稀溶液中,不良溶剂含量的增加使MEH-PPV分子链更加紧缩卷曲,单个分子链内更多共轭链段发生聚集,光激发形成的链间激子增加。通过对MEH-PPV稀溶液的光谱分析,发现链间激子的形成过程依赖于激发光的能量(hv)。在激发光能量大于聚合物的最低激发能(E4)的情况下,大部分链内激子通过辐射复合发光,少部分链内激子沿分子链转移到聚集的共轭链段上形成链间激子。在hv＜Ea的情况下,单个分子链内聚集共轭链段吸收光子能量形成链问激子并复合发光。