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本文用模拟退火方法研究了嵌段共聚物自组装形态,对各种形态之间的转变进行了解释。研究内容包括以下三个方面。
一、模拟了对称的双亲三嵌段共聚物在溶剂中的自组装过程。研究了溶剂和共聚物之间的相互作用对三嵌段共聚物聚集体形态的影响;同时,对比了不同结构(ABA和BAB)的三嵌段共聚物的自组装形态。模拟结果表明随着溶剂和疏水嵌段(B段)之间的相互作用(εBS)的增加,共聚物自组装形成的形态依次为球状,短柱状,柱状,短柱状,洋葱状。当溶剂和亲水嵌段(A段)之间的相互作用(εAS)由-0.2变为0.0时,在较小的εBS值时出现上述胶束形态的转变。同时由模拟结果表明,与ABA相比,三嵌段共聚物BAB在较小的εBS值时出现上述的胶束形态转变。
二、研究了由非对称双嵌段共聚物A(3)-b-B(9)和对嵌段A具有选择性的溶剂组成的高浓度溶液中共聚物自组装形态的转变。模拟中观察到了柱状相(C),Gyroid相(G)和层状相(L)之间的转变。相变过程C→G→L可以通过减小共聚物的浓度或增加疏水嵌段B和溶剂的相互作用得到。我们模拟结果所预测的相变过程与实验中相近浓度下的双嵌段共聚物在不同选择性溶剂中的结果一致。并且我们通过分别统计A,B单体的平均近邻接触数以及每种结构中短嵌段A形成区域和长嵌段B形成区域的表面积来分析相变的原因。通过分析找到了这些参量与结构的关联,提供了对相变机理的一种解释。
三、系统地研究了双嵌段共聚物受限在圆柱形微孔内时的自组装形态。对于体相形成周期为L0六角排列柱状相的双嵌段共聚物,当其受限在圆柱形微孔内时自发形成螺旋,堆叠的圆环等新颖的结构。这些受限所产生的形态在体相中没有相对应的结构,并且这些新颖结构的产生依赖于孔径(D)的大小和聚合物-孔壁之间相互作用,反映出结构失措和表面作用的重要性。当受限程度增加时我们观察到了螺旋到圆环到球形结构的转变。我们可以基于用参量D/L0描述的结构失措度来理解相变机理。