复杂聚合物流体以及聚合物受限体系在剪切流场作用下的相行为研究

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随着软物质自组装研究领域的不断拓展和深入,聚合物体系在对称破缺外场作用下的相行为研究作为一个独立的研究领域已经成为高分子科学领域的热点话题。所施加的对称破缺外场,如稳态剪切场、振荡剪切场等,对共聚物的自组装过程有着很大的影响,进而为实验上控制和实现聚合物体系有序结构的形成以及相转变提供了一些借鉴。在本文中,我们采用元胞动力学(Cell Dynamical System)方法,对复杂聚合物流体以及聚合物受限体系在剪切流场作用下的自组装行为进行了研究。首先,我们基于含时的TDGL方程研究了两嵌段共聚物和均聚物的共混物体系在稳态剪切场中的相分离行为及其流变性能。研究发现,随着剪切速率的增加,体系发生了从本体时的横向层状结构到平行层状相再到垂直层状相的有序相转变;结果表明,在弱剪切场中优先形成平行相,而在强剪切场中则更有利于垂直相的生成。另外我们还定性的分析了相分离过程中畴尺寸及其流变性能的变化,分别探讨了强、弱剪切场中相分离的动力学机制。我们所建立的模型为实验上提供了一种简单的控制软物质自组装的方法。其次,我们研究了受限于圆柱纳米孔的嵌段共聚物体系在振荡剪切场诱导下的相分离行为。结果发现,振幅较小时,体系的最终畴形貌不随剪切频率的增大而变化,而在较大振幅下,体系会随着剪切频率的增大而发生从单螺旋相到沿孔轴的平行层柱状再到单螺旋相的多次翻转。这一结果对实验上通过施加对称破缺外场实现有序结构的相转变具有一定的指导意义。综上所述,复杂聚合物流体和聚合物受限体系在剪切流场作用下会形成各种有序的结构,并实现了有序结构之间的多次翻转,而且施加剪切外场简便易行,可操作性强,对我们在实验上乃至在工业应用上实现软物质体系有序结构提供了有益的借鉴。
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