桥连对嵌段共聚物自组装的调控

通过嵌段共聚物自组装形成"桥连"是制备具有优异力学性能的网络结构的有效途经,具有重要的应用价值.但是,过去的研究工作很少讨论"桥连"对嵌段共聚物自组装行为本身的影响.该研究评论主要总结了最近几年利用"桥连"对嵌段自组装行为进行调控的工作进展.作者设计了BABCB三组分线性多嵌段共聚物,当其自组装形成二元"介观晶体"(球、柱)结构时,中间B嵌段连接A和C相区(嵌段聚集成的"大原子"),自然地形成桥连;减小中间桥连B嵌段的相对长度,就可以增加其拉伸程度,从而降低介观晶体的配位数;另外,两个末端B嵌段的相对长度可以直接调控A和C"大原子"之间的相对配位数.基于这两个机理,自洽场理论计算预测了各种配位数相等和不相等的二元介观晶体结构.进一步,将"拉伸桥连"概念拓展到AB型嵌段共聚物体系中,并且通过多臂星型嵌段共聚物分子结构中的"组合构型熵效应"在AB型嵌段共聚物中形成高比率的桥连构型,使传统的六角柱状结构转变为了四配位的四方柱状和三配位的石墨烯类柱状结构.未来,在ABC三组分嵌段共聚物体系的设计中引入拓扑结构以及使用共混等方法,有望在介观尺度重铸大多数已知的原子/离子二元晶体结构,甚至超越原子...     

嵌段共聚物调控纳米粒子自组装的研究进展

嵌段共聚物和纳米粒子复合纳米材料具有优异的性能,在生物医药、光电材料、催化材料等领域具有很大的应用价值,已成为备受关注的研究热点.利用嵌段共聚物自组装能够形成特定形态的纳米结构聚集体,将纳米粒子选择性的分布和定位于嵌段共聚物聚集体中,可以改善纳米粒子的性能及其应用.本文综述了近年来实验上利用自组装制备嵌段共聚物-纳米粒子复合纳米材料的方法,并总结分析了影响纳米粒子在嵌段共聚物聚集体中的分布和定位的各种因素,包括纳米粒子的大小、形状及其表面化学.最后总结了嵌段共聚物-纳米粒子的自组装在理论模拟方面的研究.     

嵌段共聚物自组装的研究进展

自组装是分子间通过非共价键相互作用自发组合形成的一类结构明确、稳定,同时具有某种特定功能或性能的分子聚集体或超分子结构的现象.嵌段共聚物不仅可以在本体中自组装,还能在溶液中自组装.本文综述了嵌段共聚物在溶液中自组装的规律及其主要影响因素,包括嵌段共聚物链段长度、选择性溶剂的性质、嵌段共聚物的浓度、溶液的pH值等;并介绍...     

嵌段共聚物自组装的研究进展

嵌段共聚物自组装在光学、电子、信息、化学及生物领域有着广泛的应用前景.本文从实验观测、理论研究和计算机模拟三个方面概述了嵌段共聚物自组装领域的研究进展.在实验观测方面,着重介绍了嵌段共聚物在体相及膜中的自组装及外场调控作用方面的研究进展;理论方面则分别介绍了强分相理论、弱分相理论、自洽场理论、动态密度泛函方法和元胞动力学等在嵌段共聚物自组装领域的应用;计算机模拟方面就 Monte Carlo 模拟、耗散粒子动力学等方法在该领域的应用作了详细的阐述.     

嵌段共聚物的导向自组装

嵌段共聚物由于其在纳米尺度的自组装能力,通过在薄膜中的自组装可以得到特征尺寸小于10nm的周期性图形结构,近年来被广泛研究。导向自组装(Directed Self-Assembly,DSA)充分利用了嵌段共聚物在薄膜中进行自组装的优点,将"自下而上"的嵌段共聚物薄膜自组装技术和"自上而下"的光学光刻或电子束光刻等制备导向图形的技术结合起来。嵌段共聚物通过分子设计可得到层状、柱状、孔洞状等形貌多样的纳米结构。光刻模板表面的化学不均匀性使得嵌段共聚物和基底表面之间的相互作用可控,从而引导嵌段共聚物薄膜在一定的空间取向上定向排列。目前在导向自组装中常用的两种方法有直接在基底表面通过光刻制得前图形模板的制图外延法(几何控制)和基于对光刻模板表面进行化学修饰比如在模板表面接枝上一层中性层材料,从而通过化学诱导实现嵌段共聚物的定向自组装的化学外延法(化学控制)。导向自组装技术通过对微相结构的裁剪、表面修饰和尺寸控制,可以得到特征尺寸更小、密度更大、有序性更好的纳米图形,正逐渐成为最有前途的先进光刻技术方法之一。     

双刚性共轭嵌段共聚物体系的自组装

棒杆-棒杆(rod-rod)共轭嵌段共聚物体系是近几年发展起来的一类新型共轭聚合物材料,由于其特有的电学活性以及通过自组装实现纳米尺度结构可控等特性正逐渐成为人们研究的热点.构筑单元的刚性棒状结构使得rod-rod共轭嵌段共聚物体系倾向于自组装形成囊泡或层状结构等低曲率聚集体.本文总结了近年来关于rod-rod共轭嵌段共聚物体系自组装行为的研究,分别介绍了溶液中以及薄膜状态下双刚性共轭嵌段共聚物体系的自组装行为,在此基础上进一步讨论了rod-rod共轭嵌段共聚物薄膜结构与性能的关系.     

共聚物在聚合物共混体系中的增容作用I.嵌段共聚物

随着高分子合金领域的研究发展，以共聚物作为增容剂对不相容的聚合物共混体系进行改性已得到了广泛的研究和应用。本文分为两篇，分别介绍利用嵌段共聚物、接枝共聚物和无规共聚物所做的增容改性研究。本篇着重讨论嵌段共聚物(包括两嵌段和三嵌段以及多嵌段共聚物)在聚合物共混体系中的增容作用和增容机理。     

两亲性/双疏性嵌段共聚物共混体系的自组装行为研究

采用耗散粒子动力学方法,研究了两亲性嵌段共聚物和双疏性嵌段共聚物共混体系的自组装行为,探讨了双疏性嵌段共聚物的浓度以及双疏性嵌段共聚物的嵌段体积分数对聚集体结构的影响.结果表明,随着双疏性嵌段共聚物浓度的增加,聚集体发生自囊泡到棒状胶束再到同心圆多舱胶束的转变,且当浓度较高时,同心圆多舱胶束的同心圆层数量与浓度密切相关.当双疏性嵌段共聚物中的嵌段体积分数降低时,球形胶束由同心圆结构转变为非同心圆结构.此外,利用Minkowski泛函方法表征了多舱胶束的形成过程,发现这是一个先形成大尺度球形结构、再形成小尺度内核结构的分级组装过程.     

Coil-rod-coil刚柔嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装

采用耗散粒子动力学方法(dissipative particle dynamics,DPD)研究了coil-rod-coil(CRC)三嵌段刚柔共聚物在选择性溶剂中的自组装.在链选择性溶剂中,刚性棒长Lr与柔性链长Lc都影响着CRC溶液的自组装及相转变.随Lr的增大,棒与溶剂的接触面变大界面能升高,为减小体系的自由能,棒嵌段趋向聚集以减少接触面与界面能.随Lc的增大,链的自由伸展构象熵增大,影响着棒嵌段聚集体结构的形成,使棒嵌段的分布更加分散.在研究溶剂性质aCS与棒长Lr对体系自组装影响的情况中,观察到两类有趣的相结构:球形相和胶束相.随着参数aCS从亲链变为中性再到亲棒,在球形相内部,不仅棒相区由球体内部移向球表面,而且棒相区与链相区的层次分布也发生了明显地变化.同样,Lr的改变也影响着球形相内部相区的分布,同时诱导了不同球形相间的构型转变.胶束相包括分段胶束和螺旋胶束两种,形成于棒长较长的情况,胶束相中棒嵌段的排列呈现出明显的液晶相结构.     

嵌段共聚物薄膜快速自组装方法

嵌段共聚物 (BCP) 薄膜可通过不同的退火方法诱导其微相分离,从而获得大面积圆柱状、层状和球状等纳米图案。这些长程有序的纳米结构形态,已经广泛应用在纳米光刻和电子器件等多个领域中。目前,有效且快速的退火方法仍然是BCP薄膜自组装技术中的研究热点。本文首先介绍了制备BCP薄膜纳米结构图案常用的退火技术,然后综述了三种新型快速退火技术,最后分析总结了这些退火技术的优缺点。     

嵌段共聚物三维软受限自组装

嵌段共聚物在三维软受限条件下能够组装形成结构有序的聚合物胶束,其在催化、电子器件、光学传感等领域有广泛的应用价值,已经引起了广大科研工作者的关注。众所周知,嵌段共聚物自身性质及组装体内部结构和外部形状都会显著影响嵌段共聚物组装体性质及应用。本文简述了近年来嵌段共聚物三维软受限自组装的方法,分析了影响嵌段共聚物组装结构的内在和外在因素,内在因素主要指嵌段共聚物自身性质,包括嵌段共聚物种类、分子量及嵌段比;外在因素主要包括受限空间尺寸、界面性质、热或溶剂退火等。本文讨论了无机纳米粒子与嵌段共聚物三维软受限共组装,探讨了纳米粒子引入对组装结构影响及其在嵌段共聚物组装体中的分布及排列规律,以及组装结构的潜在应用。最后还讨论了目前嵌段共聚物三维软受限自组装存在的问题,同时对未来的发展方向进行了展望。     

三嵌段共聚物和两嵌段共聚物在水溶液中共混自组装成多室胶束结构的耗散粒子动力学模拟(英文)

利用耗散粒子动力学模拟研究了在水溶液中混合不同的线形三嵌段共聚物AxByCz和线形两嵌段共聚物AmBn对多室胶束的形貌多样性的影响.通过改变线形的三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的链长来寻找多室胶束的形成条件.由线形三嵌段共聚物和线形两嵌段共聚物的不同混合形成的多室胶束结构是多种多样的,例如"蠕虫状"胶束、"汉堡包"胶束、"球上球"胶束、"核-壳-壳"胶束等等.多室胶束的整体形貌和内部结构的控制都可以从线形三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的二元共混得到.为了表征获得的多室胶束结构,我们计算了密度图和成对分布函数图.在此工作中,可以获得和观察到复杂的多室胶束.结果表明,简单地混合线形的三嵌段共聚物和线形的两嵌段共聚物是一个控制多室胶束形貌和结构的有效方法,在工程实验中可以更简单更经济地形成多室胶束结构.因此,在设计新的多室胶束方面,聚合物共混仍然是未来值得更加关注的一个话题.     

嵌段共聚物受限自组装的实验研究进展

嵌段共聚物有着丰富的相行为,在本体中会发生微相分离形成球形、柱形、双连续形和层状结构.当嵌段共聚物被限制在一定的空间几何中且空间几何特征尺寸与嵌段共聚物的平衡周期相近时,自组装过程会受到强烈的影响而形成与本体不同的自组装结构.本文从实验研究方面总结了限制因素和边界条件对嵌段共聚物受限自组装过程的影响,并指出了当前存在的一些问题以及今后的发展方向.     

ABC型嵌段共聚物自组装理论研究进展

嵌段共聚物的自组装为功能性纳米材料的制备提供了一种重要途径. ABC型嵌段共聚物相比于AB型具有更大的参数空间,自组装行为也更加复杂.在实验所合成的三组分嵌段共聚物自组装体系中,已有多种复杂结构被发现,如螺旋超柱、编织图案等,但实验上比较难以直接阐明它们的形成机理.近年来,本课题组运用自洽场理论(SCFT)对ABC型嵌段共聚物自组装进行了系统的研究,聚焦探索其结构参数及拓扑结构对相行为的影响机制.本文介绍了本课题组关于“非受挫”和“受挫”两大类ABC型嵌段共聚物自组装的SCFT研究成果,揭示了一些非经典相的形成机理,并通过合理的分子设计预测了一系列新颖的有序结构.     

两亲嵌段共聚物溶液自组装新进展

综述了两亲嵌段共聚物在溶液中自组装的新进展，重点介绍了两亲嵌段共聚物自组装聚集体中棒状、蠕虫状、囊泡、洋葱和实心洋葱等几种新形态的特点和形成机理；另外对两亲嵌段共聚物溶液自组装在光电、药物释放、靶向以及作为基因工程载体方面的应用前景及两亲嵌段共聚物聚集体的制备方法作了详细的评述。     

经两亲嵌段共聚物自组装制备纳米胶束

本文介绍两亲嵌段共聚物的合成,综述了经两亲嵌段共聚物自组装制备纳米胶束的研究进展,并对该领域的发展趋势进行了展望。     

中国嵌段共聚物受限自组装的研究进展

近年来,嵌段共聚物在受限空间中的自组装已成为高分子科学领域一个新的关注点.在受限条件下,嵌段共聚物展现出更多的可调控性,可获得复杂多样的微相分离结构.这些新颖的结构为实现嵌段共聚物更加丰富的功能奠定了材料基础.中国的学者们在嵌段共聚物受限自组装的理论模拟和实验研究方面取得了一系列重要创新成果,有力地推动了该领域的发展.本文总结和评述了中国学者在该领域的研究进展,并展望了嵌段共聚物受限自组装研究未来发展的机遇与挑战.     

嵌段共聚物在本体中自组装形态的研究进展

综述了两嵌段和三嵌段共聚物在本体中自组装形态的研究进展,主要包括由两嵌段共聚物形成的螺旋状形态;由三嵌段共聚物形成的CsCl晶格型排列的球状形态、立方体心堆积的同心球状形态、层-球形态、柱-球形态、柱-环形态、同轴柱状形态、六角排列的柱状形态、层-柱形态、层-柱-Ⅱ形态、有序三连续双金刚石状形态、核-壳双螺旋状形态、层状形态,以及更加复杂的蘑菇状形态、球嵌球形态、编织图案形态等.并对其发展前景进行了展望.     

结晶嵌段共聚物及其共混体系的研究进展

本文综述了近年来结晶嵌段共聚物及其共混体系的理论和实验研究成果。     

PS-PMMA嵌段共聚物/PMMA在选择性溶剂中的自组装行为

用动态光散射和透射电镜研究了嵌段共聚物聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)和其对应的均聚物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在选择性溶剂四氢呋喃/环己烷(THF/CYH)中的自组装行为.选择性溶剂对PS嵌段是良溶剂,对PMMA嵌段和均聚物PMMA是非良溶剂,实验结果表明,在适当的分子量及组成条件下,PS-PMMA/PMMA在选择性溶剂中形成了单分散的纳米胶束,均聚物PMMA与PMMA嵌段一同形成了胶束的核,通过控制均聚物PMMA的量可以在较大的范围内调整胶束的尺寸.