环形两嵌段共聚物在软受限条件下自组装行为的Monte Carlo模拟

本文采用Monte Carlo模拟方法考察了环形两嵌段共聚物在软受限条件下的自组装行为。模拟结果表明通过调节嵌段比例,AB环形两嵌段共聚物能够在软受限条件下形成A、B呈交替排列层状相的蛹状粒子,A嵌段呈条带状环绕B相区的椭球粒子以及A嵌段呈块状六角堆积排布的补丁状粒子等多种有序结构。通过考察嵌段间的不相容性和嵌段的疏水性对体系聚集体形貌结构和自组装过程的影响,模拟结果给出了补丁状粒子这一具有特殊有序结构粒子的形成条件,即嵌段的疏水性较弱或不同种嵌段间的不相容性较强的体系中,少组分嵌段A易于在多组分嵌段B形成的连续相中形成具有块状微相结构的补丁状粒子。上述模拟结果能够为人们对环形两嵌段共聚物在纳米材料领域的潜在应用提供理论依据和新思路,使人们对环形两嵌段共聚物在三维软受限中的自组装行为有更进一步的了解。     

双亲嵌段共聚物自组装特性的计算机模拟

双亲嵌段共聚物在不同体系下会自组装成各种形貌的超分子聚集体,是目前人们研究的热点,并在工业领域得到了广泛应用。计算机模拟是研究其自组装特性机理及聚集体结构、动态性质的有效工具。本文对近年来嵌段共聚物自组装特性的热力学模型和动力学模拟的研究进展进行了综述,分析了其中存在的问题并进行了展望。     

环形嵌段共聚物的胶束化行为模拟

利用Monte Carlo模拟, 对比了相同组成下环形二嵌段共聚物AB和线形三嵌段共聚物ABA在选择性溶剂中的胶束化行为. 结果发现, 相同链组成的环形和线形嵌段共聚物的临界胶束浓度(cmc)的差别与A嵌段的比例(f_A)及B嵌段间的吸引强度(ε)密切相关. 在f_A较小、 ε较大的情况下, 相应环形嵌段共聚物的cmc值更小; 而在f_A较大、 ε较小的情况下, 线形嵌段共聚物的cmc值更小. 为了进一步理解胶束化行为同f_A及ε的关系, 计算了胶束化过程中熵和势能部分对自由能的贡献. 结果表明, 在所研究的f_A和ε范围内, 环形嵌段共聚物形成胶束时的熵损失更小, 因而从熵贡献角度来看, 环形嵌段共聚物更易发生胶束化. 而从势能贡献角度来看, 当f_A较小、 ε较大时, 环形嵌段共聚物形成胶束时势能有较大程度的降低, 对自由能的贡献更大, 因而此时环形嵌段共聚物更易发生胶束化. 而当f_A较大、 ε较小时, 线形嵌段共聚物形成胶束时势能有较大程度的降低, 对自由能的贡献更大, 因而此时线形嵌段共聚物更易发生胶束化. 由此可见, 对体系的胶束化自由能进行系统分析, 有助于更好地理解环形和线形嵌段共聚物的胶束化行为.     

多分散性对两亲性两嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装行为影响的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了多分散性AB两亲性两嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装行为.模拟结果表明,嵌段共聚物的多分散性对体系在选择性溶剂中自组装所形成的胶束形貌结构有很大影响.当AB两嵌段共聚物的多分散系数由1.0增加至1.4时,体系中自组装所形成的胶束将会发生由囊泡到片层直至球状的一系列形态转变.通过统...     

ABA两亲性嵌段共聚物在双选择性溶剂中自组装行为的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了ABA两亲性三嵌段共聚物在两种选择性溶剂中的自组装行为.模拟结果表明,在保证溶剂总浓度一定的情况下,改变两种选择性溶剂的体积比对于ABA两亲性嵌段共聚物自组装所形成的胶束形貌结构有很大影响.随着双选择性溶剂体积比的改变,体系中胶束形貌结构将会发生由囊泡到层状,再到环状、棒状直至球...     

嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装过程的计算机模拟

嵌段共聚物由于各嵌段性质不同,在选择性溶剂中能够自发地组装形成众多形态结构各异的纳米结构,如纳米级的球状、棒状、环状、片层状、囊泡及复合胶束等。这些胶束结构在药物传输、催化、电子信息等众多领域都有潜在的应用价值。通过计算机模拟可以在线监控嵌段共聚物的组装过程、揭示其组装机理,明确各种因素对组装结构的影响规律,为实验研究提供思路和理论支持,因此越来越受到人们的广泛关注。本文主要综述了通过计算机模拟对嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装研究的一些最新进展,详细讨论了影响嵌段共聚物自组装过程和胶束形貌的各种因素,并对这个领域未来的发展进行了展望。     

溶剂尺寸对ABA两亲性三嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装行为影响的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了溶剂尺寸对ABA两亲性三嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装行为的影响。模拟结果表明,溶剂尺寸是决定共聚物聚集形态的重要因素之一。随着溶剂尺寸的增大,嵌段共聚物自组装所形成的胶束可以发生从球状到棒状再到囊泡状的转变。通过对各组分的相互作用对数随溶剂尺寸变化曲线的分析发现,增大溶剂尺寸会使溶剂的溶解性变差,由此引发体系中的一系列形态转变。此外,通过对体系自组装形貌结构相图的分析发现,增大溶剂尺寸或增加疏水作用同减小亲水作用对于自组装形态的改变具有同等效果。     

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。     

在平行板受限条件下AB两嵌段共聚物/纳米粒子复合物自组装行为的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了在平行板受限条件下A_(15)B_5非对称两嵌段共聚物与纳米粒子复合物的自组装行为,其中平行板对多组分嵌段A具有吸引相互作用.模拟结果表明,纳米粒子在两嵌段共聚物/纳米粒子复合物中的体积分数、嵌段共聚物不同嵌段与纳米粒子间的相互作用均对体系在平行板受限条件下的形貌结构及纳米粒子在体系中的分布有重要影响.当平行板间距一定时,未添加纳米粒子的A_(15)B_5非对称两嵌段共聚物中的A嵌段被吸附在平行板上形成层状相,而B嵌段则在平行板中形成六角堆积穿孔层状结构.加入与A嵌段不相容而与B嵌段相容的纳米粒子后,增加了纳米粒子与B嵌段的相容性,有利于保持B嵌段所形成的穿孔结构及孔洞尺寸,同时纳米粒子能够均匀地分散在B相区中.当引入的纳米粒子与A和B两嵌段均不相容时,降低纳米粒子与嵌段共聚物的不相容性同样有利于维持体系的穿孔结构.当纳米粒子与AB两嵌段共聚物间的排斥作用微弱时,即使含量较高,纳米粒子也不聚集,并且均匀分布在A相区与B相区的交界处.     

环形嵌段共聚物的胶束化行为模拟简

利用Monte Carlo模拟,对比了相同组成下环形二嵌段共聚物AB和线形三嵌段共聚物ABA在选择性溶剂中的胶束化行为. 结果发现,相同链组成的环形和线形嵌段共聚物的临界胶束浓度(cmc)的差别与A嵌段的比例(fA)及B嵌段间的吸引强度(ε)密切相关. 在fA较小、ε较大的情况下,相应环形嵌段共聚物的cmc值更小;而在fA较大、ε较小的情况下,线形嵌段共聚物的cmc值更小. 为了进一步理解胶束化行为同fA及ε的关系,计算了胶束化过程中熵和势能部分对自由能的贡献. 结果表明,在所研究的fA和ε范围内,环形嵌段共聚物形成胶束时的熵损失更小,因而从熵贡献角度来看,环形嵌段共聚物更易发生胶束化. 而从势能贡献角度来看,当fA较小、ε较大时,环形嵌段共聚物形成胶束时势能有较大程度的降低,对自由能的贡献更大,因而此时环形嵌段共聚物更易发生胶束化. 而当fA较大、ε较小时,线形嵌段共聚物形成胶束时势能有较大程度的降低,对自由能的贡献更大,因而此时线形嵌段共聚物更易发生胶束化. 由此可见,对体系的胶束化自由能进行系统分析,有助于更好地理解环形和线形嵌段共聚物的胶束化行为.     

嵌段共聚物自组装薄膜中纳米结构的形成及应用

嵌段共聚物在固体基底上可通过多种技术形成薄膜,如铸膜、涂膜、浸渍膜及旋涂膜.借助于热退火、溶剂蒸气退火或者非溶剂引起的相分离,在这些薄膜中可形成有序纳米结构,如柱状结构、层状结构、双连续结构和多孔结构等.这些结构在下一代的光刻技术、光子晶体、与锂离子电池等相关的离子传输、分离和催化等领域都有重要的潜在应用.本文介绍了近...     

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.     

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。     

淬火和退火对称三嵌段共聚物薄膜形貌和结构的Monte Carlo模拟

嵌段共聚物薄膜淬火形貌与初始化时嵌段共聚物熔体的状态相关,淬火得到的有序形貌有时存在缺陷,而退火则可以消除这些缺陷形成更规整的层状结构,且退火得到的嵌段共聚物分子的均方回转半径等都小于淬火得到的.与淬火比较,退火使高分子链充分松弛,增加了薄膜中有利于提高材料物理力学性能的桥键含量.不同于受限自由表面间的对称二嵌段共聚物首先在表面区域形成有序结构,三嵌段共聚物则在薄膜内部先形成有序的层状结构.     

两嵌段共聚物反相溶剂中组装结构转变动力学的模拟研究

利用耗散粒子动力学方法,分别研究了不同结构的组装体在改变溶剂的选择性后,在溶液及界面上的结构演变动力学.模拟结果表明,在改变溶剂的选择性后,大球形胶束在溶液中转变形成反向球形胶束,而在界面上则转变形成反向环状胶束,当前模拟结果与已有的实验结果一致.此外,模拟结果还预测出,在改变溶剂的选择性后,环状胶束在溶液中转变形成反向环状胶束,而在界面处受限形成反向的支化蠕虫状胶束;蠕虫状胶束则在溶液中转变形成反向环状胶束,而在界面处受限形成多层纳米球结构;囊泡在溶液中转变形成分散的小胶束聚集体,而在界面处受限形成球形的补丁纳米粒子.     

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.     

单一分子量含氟嵌段共聚物的本体及薄膜自组装研究

嵌段共聚物导向自组装作为一种自下而上的图案化工艺,受到工业界和学术界的广泛关注.然而,导向自组装中缺陷率与分子参数之间的关系研究尚不清晰.本文工作基于模块化合成策略,利用迭代指数增长法并结合巯基-双键的点击反应成功制备了高χ低N的单一分子量含氟聚酯嵌段共聚物(oLA_n-FPOSS).单一分子量特征可以排除多分散性对自组装行为的影响.本体自组装研究表明聚酯嵌段和含氟嵌段具有强相分离驱动力,可以形成特征尺寸小于10 nm的六方柱状相结构(HEX).在薄膜自组装中,嵌段共聚物经过简单的热退火可以在硅片表面形成平行基底排布的柱状纳米图案.此外,通过对比研究不同链长单一分子量嵌段共聚物的薄膜组装行为,发现随着嵌段共聚物链长的增长薄膜组装图形缺陷率明显下降,初步揭示了薄膜自组装过程中缺陷形成对嵌段共聚物链长的依赖性.     

对称AB两嵌段共聚物在均聚物C中的自组装

通过自洽平均场理论计算,对对称AB两嵌段共聚物在均聚物C中形成的胶束进行了研究. 在C对A、B组分没有选择性相互作用的情况下,我们观察到了两嵌段共聚物所形成的胶束形状为各向异性的、由间隔A/B层相区构成的类椭球结构. 我们系统考察了胶束的长短径之比与胶束体积、组分间相互作用、均聚物长度之间的关系. 结果表明,当固定组分间相互作用时,胶束的长短径之比随体积变大而减小;当体积增大至一临界值,胶束层数增加,长短径之比发生突变并增大. 给定胶束的结构和体积,增加两嵌段共聚物的不相容性,胶束长短径之比增加并且最终趋于平缓;当固定相互作用及胶束体积时,均聚物的长度越小,长短径之比越大.