混合接枝纳米粒子的新型单层纳米组装结构

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混合接枝均聚物/两嵌段聚合物纳米粒子体系的自组装过程主要受熵和焓作用主导。在纳米粒子聚集体中,纳米粒子表面接枝链的分布情况会受到近邻纳米粒子的强烈影响。因此,纳米粒子之间的“互为模板效应”是接枝链组装形成独特结构的主要原因。在本文中,我们应用耗散粒子动力学模拟方法,构建了三种具有代表性的混合接枝纳米粒子(Mixed hairy nanoparticles,MHNPs)模型,并进一步探究这些体系在溶剂蒸发过程中发生的自组装过程。MHNPs体系中的最简模型为在纳米粒子表面同一接枝位点同时接枝两条互不相容的均聚物链(A和B)。在最简模型的基础上,我们考虑在两条均聚物链的末端同时加上嵌段C;这个体系能够帮助我们进一步探究链组分变化对自组装的影响。在第三种模型中,我们将最简模型中的B链替换为两嵌段共聚物链BC,从而研究链失配对自组装结构的影响。通过对比这三种模型的最终组装结构和形成过程,我们发现在特定的纳米粒子间距范围内因互为模板效应的存在,接枝链可以自组装形成楔形结构;在均聚物链末端增加新嵌段将会终止纳米粒子间的互为模板效应,最终外层嵌段C形成环状软壳,而A和B嵌段在由C组成的环中形成依附在纳米粒子表面的交替楔形结构;对于链失配的体系,当纳米粒子间距离足够大时,将会形成具有规整六方排列孔的单层膜组装结构。这些研究结果将会进一步引导实验中设计和制备纳米尺度的具有有序结构的先进材料。
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