两嵌段共聚物在本体及溶液中的自组装

采用耗散粒子动力学(DPD)模拟方法对两嵌段共聚物AmBn在本体和溶液中的自组装行为进行了研究.在本体情况下,对环形和线形两嵌段共聚物AmBn的相行为进行了系统的对比分析,观察了体系的有序-无序相转变规律,以及具体构型的相周期.在亲B选择性溶剂情况下,保持体系的浓度不变,改变环形两嵌段共聚物的链长,观察到了一系列丰富的相结构,有球状、圆盘状、片状、空心柱状、空心球状等.     

层状二嵌段共聚物与纳米棒共混体系的自组装

采用耗散粒子动力学(DPD)方法研究了层状二嵌段共聚物与纳米棒共混体系的自组装行为.系统地考虑了棒的粒子数比、长度及棒与高分子间的相互作用等因素对混合体系自组装的影响.一系列的构型及相转变都是在共聚物的相分离与纳米棒的聚集相行为共同作用下的结果.当把纳米棒掺入到高分子体系时,从熵和焓的角度可以更本质地理解共混体系的自组装,尤其是棒的相行为.从焓方面,纳米棒与各高分子链段间相互作用决定了棒的分布;从熵方面,棒的各向异性、相区域的空间约束及高分子链的构象熵共同决定了棒的取向.     

刚柔嵌段共聚物与均聚物在溶液中的自组装

采用耗散粒子动力学(DPD)模拟方法研究了向刚柔嵌段共聚物溶液中掺入均聚物的自组装行为.当掺入的刚性棒或柔性高分子链浓度不同时,由于刚性棒的取向性及柔性高分子链构象熵的变化,观察到了一系列丰富的相结构,如双层柱状、层状、层柱共混状、反转的空心柱状等.少量的均聚物和刚柔嵌段共聚物溶液共混后的密度分布显示,均聚物聚集于胶束相结构的中心.     

刚柔三嵌段共聚物自组装行为的模拟研究

采用耗散粒子动力学模拟方法研究了刚柔三嵌段共聚物(coil-rod-coil,CRC)在溶剂环境下的自组装.通过观察C₄R₈C₄共聚物囊泡结构形成的动力学过程,发现体系先自组装成球形或柱状胶束,然后逐渐融合为盘状结构,再进一步弯曲形变,形成闭合的双层膜囊泡结构.当共聚物浓度为6%~25%时,C₄R₈C₄自组装成不同尺寸的囊泡相,其均方半径2>随共聚物浓度的增加而增大,而双层膜厚度T基本保持不变.最后,改变溶剂性质,从亲棒到中性再到亲链,体系自组装结构从囊泡相转变为球形胶束相.尤其在等效的中性溶剂环境下,体系呈现层状结构,其中棒与棒嵌段呈高度有序的液晶相排列.     

两嵌段共聚物在不同形状受限下的自组装行为

嵌段共聚物体系在受限情况下的自组装过程与受限结构的几何形状、界面性质密切相关,会表现出与本体不同的相行为特征,人们可以利用这些受限特征制备结构新颖的纳米材料.本文采用自洽场理论方法研究了两嵌段共聚物在不同形状受限情况下的自组装现象,发现受限形状不同,相行为也各不相同,在本体状态中人们难以观察到的相近体系间的相行为差异,在受限状态下也可以清晰的展现出来.由于受限的原因体系出现了层状相弯曲、柱状相和层状相兼并存在等结构,计算结果与现有实验结果吻合,并预测了部分自组装结构.     

溶剂蒸汽诱导二元共聚物混合体系薄膜自组装

将2种链段长度不同的聚苯乙烯-b-聚2-乙烯基吡啶(PS-b-P2VP)在氯仿或四氢呋喃中溶解后,以一定比例混合,在乙醇或甲苯蒸汽中退火自组装,得到了一系列薄膜形貌和尺寸不同的自组装结构.采用原子力显微镜研究了混合比例、溶剂和退火蒸汽对薄膜自组装结构的影响.结果表明:改变混合比例可以对薄膜自组装结构和尺寸进行有效的调控;四氢呋喃相比氯仿更有利于混合体系薄膜自组装的相分离;乙醇蒸汽可以有效地诱导混合体系的薄膜自组装.     

二嵌段共聚物薄膜模板化自组装

用实空间自洽场理论研究了二嵌段共聚物薄膜受限于平行板中的模板化自组装情况.通过改变平行板表面场修饰的情况,给出了粗略微观结构,观察了体系微相结构的变化过程,并对所观察到的变化规律作了讨论.另一方面,固定平行板的厚度、相分离强度等参数,改变吸附表面场的大小,观察并讨论了体系微相结构的变化及其规律.结果表明,二嵌段共聚物体系的微相结构是由受限条件和表面场修饰共同所决定的,因而控制表面场修饰情况的相关参数可以得到所期望的特定高分子体系结构.     

以混合比例为控制参数的二元共聚物混合体系自组装

基于嵌段共聚物共混自组装方法, 将聚苯乙烯-b-聚环氧乙烷(PS-PEO)与聚苯乙烯-b-聚-2-乙烯基吡啶(PS-P2VP)在乙醇-氯仿混合溶剂中进行混合, 并诱导其自组装, 在改变PS-P2VP中各链段长度、分子量以及链段比例的情况下, 得到了一系列形貌和尺寸不同的自组装纳米结构, 并采用原子力显微镜研究了PS-PEO与PS-P2VP的混合比例对自组装纳米结构的影响. 结果表明, PS-P2VP的加入改善了PS-PEO在乙醇-氯仿混合溶剂中的溶解性, 其本质是通过PS-PEO与PS-P2VP的共同自组装, 形成了可在溶液中稳定分散的纳米自组装结构, 改变PS-P2VP的分子量和嵌段比例, 进而对纳米自组装胶束尺寸和结构进行调控.     

两嵌段共聚物共混体系的相分离研究

用耗散粒子动力学方法（DPD）研究了由两种不同成分组成的两嵌段共聚物组成的混合体系在纳米尺度下的自组装行为．两种嵌段共聚物的聚合度相同,在稳定状态下,纯嵌段共聚物1呈层状有序结构,纯嵌段共聚物2呈无序或六角柱状结构．DPD研究表明,在两者混合体系中,随着嵌段共聚物2体积分数的增加,嵌段共聚物1只出现了层状的有序相,而嵌段共聚物2则呈现出从球状相到柱状相再到层状有序相的有趣变化,随着嵌段共聚物2对称性的增强,其形成的有序相所占的体积分数区域越小．同时,通过混合体系单体密度分布曲线和末端距分布情况,从理论上分析了混合体系的微相分离与单体分布的细节．     

线性三嵌段共聚物格点薄膜受限下的自组装

采用实空间自洽场理论研究了线性三嵌段共聚物在格点薄膜受限下的自组装.根据受限空间内共聚物的自组装情况,描绘了不同嵌段比下共聚物的三角相图,分析各相结构的形成机理,并详细观察三色层状与核壳柱状之间的相变过程.在受限的基础上,通过在薄膜表面施加格点型吸附势,获得了一系列聚合物微结构,发现层状结构是最稳定的相结构;当吸附强度增大时,各嵌段的自组装结构发生变化,三色层逐渐打破稳定的平行状态,转变为编织层状.当嵌段比处于某特殊范围时,聚合物还形成了新颖的球-柱结构.研究结果可为制备稳定的新型材料提供理论方案.     

线性梯度高分子与纳米颗粒共混体系相分离的模拟研究

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)结合退火技术研究了线性梯度高分子与纳米颗粒共混体系的相分离行为.模拟研究发现其相分离不但与梯度高分子的分布函数f(t)有关,还与链长、相互作用能和纳米颗粒浓度相关.随着参量的改变发现了无序相与层状相(L)或穿孔层状相(P)以及无序相与球状相(S)相变,此外,当在特定的单体A浓度时同时还出现了共混相,同时纳米颗粒随机分布在单体A区域内.