双嵌段共聚物薄膜介观结构的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics, DPD)方法模拟两平行平板间的双嵌段共聚物体系的介观结构. 模拟结果表明, 随板间距的增大, 体系分层数量的增加是不连续的, 在分层数量的增加过程中, 出现不规则结构的过渡区；聚合物链末端距随板间距的增大呈周期性振荡, 振荡幅度逐渐减小. 对模拟结果的分析表明：层状结构转变点与分层数量之间存在近似线性关系；层状结构转变点近似与共聚物链长的2/3次方成正比.     

梳型嵌段共聚物微观相分离的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)模拟方法研究了二维梳型嵌段共聚物的微观相分离, 得到了相形貌与侧链长度及链段间相互作用的依赖关系, 进一步与线型和星型嵌段共聚物微观相分离进行了对比. 模拟结果揭示了本体中影响梳形嵌段共聚物微观相分离的主要因素, 包括嵌段共聚物的组成\, 拓扑结构以及不同粒子间的排斥力.     

水溶液中嵌段共聚物的耗散颗粒动力学模拟

用耗散颗粒动力学(dissipative particle dyanmics)模拟方法研究了Pluronic L64(PL64)和Pluronic 25R4(25R4)三嵌段共聚物水溶液中的介观相分离,模拟了聚合物聚集的动力学变化过程. 结果发现,在水溶液中,不同浓度的聚合物溶液表现出不同的介观结构,如分散相、球形胶束、双连续相(bicontinuous)等；而Pluronic L64在低浓度时更容易形成双连续相. 耗散颗粒动力学模拟可以作为实验的一个辅助,提供介观层次上的信息,对实验起到指导作用.     

嵌段共聚物组成对薄膜形貌影响的多体耗散粒子动力学研究

利用多体耗散粒子动力学(Multibody Dissipative Particle Dynamics, Multibody DPD)方法研究了在溶剂蒸发条件下, 嵌段共聚物在表面自组装形成薄膜的过程, 分别考虑了两嵌段共聚物和三嵌段共聚物及不同组成对薄膜形貌的影响. 模拟得到了无序状薄膜和层状薄膜, 并计算了这些薄膜的序参量和薄膜厚度随时间的演化. 结果表明, 嵌段共聚物的组成对薄膜厚度几乎没有影响, 当某种组分的链段很短时, 只能形成序参量较小的无序薄膜, 相反, 则可以得到序参量较大的层状薄膜.     

稀溶液中Rod-Coil-Rod三嵌段共聚物组装结构的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学方法模拟研究了rod-coil-rod 三嵌段共聚物在稀溶液中的聚集行为. 分别考察了rod-coil 嵌段的相互作用、溶剂性质、共聚物浓度以及coil 嵌段长度对聚集体形貌的影响. 模拟结果发现,随着rod-coil 相互排斥作用的增加,共聚物由球形转变成洋葱状、笼形和柱状结构. 随着coil 嵌段疏水性的增加,笼形转变成洋葱状和补丁状结构. 给出了聚集体形貌随共聚物浓度和coil 长度变化的相图. 当浓度较小和coil 嵌段较长时,共聚物形成笼状聚集体,反之,则有利于洋葱状结构的形成.     

多分散性对嵌段共聚物微观相行为影响的耗散粒子动力学模拟研究进展

嵌段共聚物通过微观相分离形成的各种有序结构在纳米印刷、药物输送、太阳能电池模板制备等领域有着广泛的应用.如何实现这些有序结构的有效调控是大家普遍关心的问题.近期的实验及理论研究表明嵌段长度的多分散性对嵌段共聚物的微观相行为有着不可忽视的影响.本文综述了近年来在AB型两嵌段及ABA型三嵌段共聚物的实验及理论研究中的一些主要进展,重点介绍了基于耗散粒子动力学的模拟研究进展.并对多分散性可能带来潜在重要影响的嵌段共聚物相关体系的未来发展方向进行了展望.     

PEO—PPO—PEO三嵌段共聚物自组装行为的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学方法（DPD）,模拟了聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（PEO—PPO—PEO）三嵌段共聚物在乙醇溶液中的自组装行为,考察了该共聚物的体积分数和聚氧乙烯（PEO）嵌段链长对介观形貌的影响。当F88（PEO104-PPO39-PEO104）体积分数为20％时,胶柬由初始的均衡分散态逐渐聚合,最终形成PPO为核、PEO为壳的平衡态柱状团聚体。改变共聚物的体积分数和PEO链的长度,会形成不同的介观结构,如：球状、柱状、立体网络、层状和穿孔状结构等。结果表明,DPD方法是研究三嵌段共聚物自组装行为和介观结构形成机理的有效工具,对合成具有特定结构性能的材料有一定的指导意义。     

三嵌段共聚物EO20PO70EO20相分离行为的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(DPD)方法研究了嵌段共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀(P123)在水、乙醇/水溶液及二氧化硅溶胶体系中的相分离行为. 不同质量分数的P123在水溶液中共形成4种相分离状态: 球状胶束(10%); 椭球胶束(20%)、棒状胶束(30%)和三维立方胶束(50%). 在模板剂质量分数为10%的乙醇/水溶液中, 模板剂胶束稳定性随着乙醇含量的增加而变差. 在二氧化硅溶胶体系中, 模板剂质量分数低于5%时无胶束形成; 模板剂质量分数增至10%时, P123发生相分离形成三维球状胶束; 随着模板剂质量分数的进一步增加, 模板剂分子夹含着水分子形成三维椭球状结构(20%)、三维立方结构(40%)和层状结构(60%). 模拟结果与实验结果一致, 说明DPD模拟可以从计算角度推测模板剂对介孔材料结构的影响.     

耗散粒子动力学与可极化ABEEM力场结合模拟嵌段共聚物自组装形态调控

本文采用介观尺度上的耗散粒子动力学与基于ABEEM可极化力场的全原子分子动力学相结合的方式,从理论上探究了嵌段共聚物结构、对称性、分子组成及温度等对嵌段共聚物最终自组装结构形态的影响.模拟结果表明,这些因素均会对嵌段共聚物在选择性溶剂中的最终自组装结构产生一定影响.这一理论研究为实现可控操纵自组装结构,提供了有意义的参考.     

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.     

稀溶液中Rod-Coil-Rod三嵌段共聚物组装结构的耗散粒子动力学模拟（英文）

采用耗散粒子动力学方法模拟研究了rod-coil-rod三嵌段共聚物在稀溶液中的聚集行为.分别考察了rod-coil嵌段的相互作用、溶剂性质、共聚物浓度以及coil嵌段长度对聚集体形貌的影响.模拟结果发现,随着rod-coil相互排斥作用的增加,共聚物由球形转变成洋葱状、笼形和柱状结构.随着coil嵌段疏水性的增加,笼形转变成洋葱状和补丁状结构.给出了聚集体形貌随共聚物浓度和coil长度变化的相图.当浓度较小和coil嵌段较长时,共聚物形成笼状聚集体,反之,则有利于洋葱状结构的形成.     

梳状-线性共聚物自组装的耗散粒子动力学模拟

梳状-线性共聚物在选择性溶剂中可以自组装形成两种不同类型的聚集体, 其中第I类的自组装发生在亲、疏溶剂链之间, 而第II类发生在线性链和梳状亚结构之间. 本工作利用耗散粒子动力学方法, 分别研究了梳状-线性共聚物在侧链和主链选择性溶剂中形成的这两类聚集体, 探讨了侧链长度和侧链数量等对聚集体类型及形貌的影响. 研究表明, 第II类聚集体在侧链长度较短且侧链数量较多时容易形成. 将模拟结果与文献报道的实验结果相比较, 发现两者能较好地吻合. 此外, 本研究获得了一些在实验中较难得到的信息, 有助于进一步理解梳状-线性共聚物的自组装行为.     

ATRP法制备两亲性嵌段共聚物的研究

以α 溴代丙酸乙酯 (EPN Br)为引发剂、氯化亚铜 (CuCl)和联二吡啶 (bpy)组成的混合体系为催化剂 ,引发苯乙烯聚合 ,得到了端基为卤原子的单分散聚苯乙烯 (PS X)预聚体 .以此PS X为大分子引发剂、CuCl和N ,N ,N′ ,N″ ,N″ 五甲基二亚乙基三胺 (PMDETA) bpy的混合体系为催化剂 ,引发N ,N 二甲基丙烯酰胺(DMAA)聚合 ,得到了分子量分布较窄的聚苯乙烯 b 聚N ,N 二甲基丙烯酰胺 (PS b PDMAA)两亲性嵌段共聚物 .考察了大分子引发剂的分子质量、聚合介质及配位剂等对聚合过程的影响 .并用GPC、IR、1 H NMR等对产物进行了表征 .研究结果表明 ,该聚合反应体系符合原子转移自由基聚合的特征 .     

耗散粒子动力学模拟嵌段聚合物刷修饰纳米孔的pH响应门控

通过耗散粒子动力学方法,研究了p H响应性嵌段聚合物(聚丙烯酸-聚-2-乙烯基吡啶PAA-P2VP)接枝在纳米孔内的开关效应.探讨了嵌段序列Wall-P2VP-PAA和Wall-PAA-P2VP对响应性开关效应的影响,结果表明,只有Wall-PAA-P2VP嵌段序列才能在不同的环境下形成智能响应性开关.接枝密度对智能响应性开关影响的研究表明,只有在合适的嵌段聚合物链接枝密度下,形成的孔道才能够达到智能开关效应.链长是影响智能开关膜开关效应的另一个重要因素,在链长较短的条件下,无法形成关闭的开关效应;而在链长较长的条件下则可以形成闭合的开关效应.在控制嵌段聚合物的接枝密度和链长的条件下,共聚物刷修饰的纳米膜孔在不同的p H值条件下可以实现智能膜的开关效应.对不同嵌段比对智能膜形成孔大小的影响的研究发现,随着PAA嵌段比例的增大,嵌段聚合物膜孔的大小逐渐减小,直至几乎闭合.研究结果为设计和构建有开关效应的纳米孔提供了一定的理论基础.     

PDMS-b-PEO两亲性嵌段共聚物的合成及溶液性质

通过正丁基锂(n-BuLi)引发的六甲基环三硅氧烷(D3)阴离子开环聚合以及单硅氢封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)与烯丙基聚氧乙烯醚(PEO)的硅氢加成反应, 合成得到了一系列分子量分布窄的PDMS-b-PEO两亲性嵌段共聚物. 利用凝胶渗透色谱(GPC)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、氢核磁共振谱(1H-NMR)表征了嵌段共聚物的结构组成. 通过表面张力仪测定得到了不同结构嵌段共聚物的平衡表面张力及临界胶束浓度(cmc). 结果显示, 该系列嵌段共聚物的cmc值不仅受到憎水性嵌段的影响, 同时也受嵌段共聚物的体积效应以及嵌段共聚物的几何形状(即嵌段共聚物各嵌段的比例)的影响, PDMS-b-PEO两嵌段共聚物的cmc值表现出了随憎水嵌段增加而相应增加的趋势. 通过透射电子显微镜(TEM)表征发现, PDMS-b-PEO嵌段共聚物在选择性溶剂水中会自组装形成球状、棒状以及囊泡状的聚集体.     

两亲性三嵌段共聚物PHB-PEG-PHB的合成及其纳米粒子的制备与表征

基于聚(β-丁内酯)(PHB)和聚乙二醇(PEG)的两亲性三嵌段共聚物聚(β-丁内酯)-聚乙二醇-聚(β-丁内酯)(PHB-PEG-PHB)可在聚乙二醇钾盐大分子引发剂的作用下、以四氢呋喃为溶剂,通过β-丁内酯(BL)的阴离子开环聚合进行制备,调节BL与聚乙二醇钾盐的配比,可制备分子量不同的共聚物.产物可通过1H-NMR、13C-NMR、FTIR、DSC、GPC等测试进行表征,DSC结果表明无定形的PHB阻碍了PEG的结晶,且随着PHB链段长度的增加,阻碍作用更加明显.PHB-PEG-PHB可在水中通过沉淀/溶剂蒸发技术进行自组装形成具有核壳结构的纳米粒子,并通过SEM、DLS手段对其表征,发现粒子尺寸在纳米级,形态为球形或方形.聚合物的初始浓度对纳米粒子的形态和尺寸有明显影响,随着聚合物初始浓度的降低,纳米粒子的尺寸降低.     

两亲性三嵌段共聚物PAA-PHB-PAA的合成及表征

本文用ATRP方法, 以两端溴化的聚β-羟基丁酸酯链段(Br-PHB-Br)作为大分子引发剂, 丙烯酸叔丁酯为单体, 合成了一种新的三嵌段共聚物聚丙烯酸叔丁酯-聚β-羟基丁酸酯-聚丙烯酸叔丁酯(PtBA-PHB-PtBA). 在酸性条件下进一步水解, 得到了一种两亲性的聚丙烯酸-聚β-羟基丁酸酯-聚丙烯酸(PAA-PHB-PAA)三嵌段共聚物.     

两亲性嵌段共聚物PAA-b-PS的合成及胶束形态

通过丙烯酸叔丁酯的自由基调聚和苯乙烯的原子转移自由基聚合（ATRP）法合成了聚丙烯酸叔丁酯-聚苯乙烯（PtBA-b-PS）嵌段共聚物,然后在三氟乙酸作用下进行选择性水解得到了两亲性聚丙烯酸-聚苯乙烯（PAA-b-PS）嵌段共聚物。利用1H-NMR、FT-IR和GPC对产物的结构进行了表征。采用透析法制备了PAA-b-P...     

光学活性两亲性嵌段共聚物的合成与表征

以溴封端聚乙二醇单甲醚(MPEG-Br)为大分子引发剂,三(2-二甲氨基乙基)胺(Me6TREN)/溴化亚铜(CuBr)为催化体系,通过原子转移自由基聚合(ATRP)反应制备了不同嵌段比例且分子量分布较窄的光学活性聚乙二醇单甲醚嵌段聚(N-甲基丙烯酰-L-亮氨酸甲酯)(MPEG-b-PMALM)聚合物.以1H-NMR表征了其化学结构以及两嵌段的比例.通过热重分析(TGA)和示差扫描量热仪(DSC)研究了嵌段共聚物的热学性能.相对于单体的旋光度,共聚物在聚合过程中旋光度发生了反转,其旋光度的绝对值显著增加,且随着PMALM嵌段含量的增加而增加.圆二色谱法(CD)结果表明,嵌段共聚物分子主链形成了一种无规卷曲的二级构象结构,其光学活性亦随PMALM含量的增加而增强.     

剪切场作用下环形二嵌段共聚物微相形态变化的耗散粒子动力学研究

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics, DPD)方法研究了在剪切场作用下, 环形二嵌段共聚物微观相分离过程中的形态变化. 在层状(lamellae, LAM)体系中发生了微相的平行重取向和平行-垂直转变以及剪切导致的波动不稳定现象. 对于穿孔层状(Perforated lamellae, PL)体系, 强剪切导致了穿孔层状-柱状(Hexagonal cylinder, HEX)微相转变. 在剪切场作用下, 柱状体系中同样也有平行重取向发生. 可以用相区破坏-相区重生的两步机理描述微相的平行重取向、平行-垂直转变以及PL-HEX转变现象. 在球状相(Body centered cubic, BCC)体系中发现了剪切诱导相融合.