两嵌段共聚物的软受限相行为研究

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在如今这个高分子时代,嵌段共聚物作为高分子体系的一个重要分支,其自组装的研究已经成为重要的研究领域之一。受限体系下的嵌段共聚物的自组装形貌非常丰富,在受限界面处接枝聚合物刷形成软受限环境,能更有效地影响嵌段共聚物的相行为,对于新的微观结构的构造、微加工技术和新型的纳米材料的设计都有良好的促进作用。本文采用实空间数值求解自洽场方程组的方法,分别研究了两嵌段共聚物受限在模板化的聚合物刷板间以及方形软孔内的自组装相行为,重点讨论了嵌段共聚物的对称性、聚合物刷的浓度以及体系的相互作用参数对体系相行为的影响。首先,我们研究了AB两嵌段共聚物受限在模板化的聚合物刷板间的相行为,发现了在传统的硬板受限和平板聚合物刷受限下未曾发现的新颖结构。在五种聚合物刷模板下,改变嵌段共聚物的对称性,系统会从柱状相结构向层状相结构过渡,两个嵌段不对称时,发现了六角柱状结构和纵向排列的三列柱状结构。两个嵌段近乎或完全对称时,体系均形成了有序的畴形貌,值得一提的是A嵌段形成了柱状与四层波浪状这样的新颖结构。接着我们改变聚合物刷的浓度,发现聚合物刷浓度的微小变化会引起体系畴形貌很大的改变,形成了有序的平行条状和柱状交替的结构以及平行层状结构,并且在此种聚合物刷模板下给出了体系的相图。我们还改变了体系的相互作用参数,得到了与图相对应的相互作用参数的范围。其次,我们研究了AB两嵌段共聚物受限在方形软孔中的相行为,我们同时考虑了纳米孔的不同形状和界面性质对体系相行为的影响,分别讨论了正方软孔和长方软孔受限这两种情况。在正方软孔受限体系中,改变A嵌段的体积分数,系统会有从柱状相结构到同心方环结构再到柱状相结构的过渡过程,而且发现了四方柱状结构。接着我们改变聚合物刷的浓度,发现当两个嵌段对称时,系统均形成了同心方环结构,随着聚合物刷浓度的依次减小,方环的数目依次增大。而当两个嵌段非常不对称时,系统都形成了柱状相结构,随着聚合物刷浓度的增大,柱状结构的层数呈现减小的趋势,也发现了四方柱状结构,并且做出了随着聚合物刷的浓度和A嵌段的体积分数增加时体系的相图。我们还改变了体系的相互作用参数,得到了与图相对应的相互作用参数的范围。在长方软孔受限体系中,我们讨论了改变方孔的宽度对系统自组装相行为的影响。当两个嵌段对称时,系统均形成了同心方环结构,随着方孔宽度的减小方环的数目依次减少,而当两个嵌段非常不对称时,系统都形成了柱状相结构,随着方孔宽度的减小柱状相结构的层数逐渐减少直至一层。综上所述,我们的结果对于进一步开展相应的实验工作具有一定的指导作用,而且形成的新颖结构对工业上合成新材料也有一定的帮助。
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