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近年来颗粒形貌对自组装的影响引起了人们的极大关注,本文研究了碗状颗粒的自组装行为,研究工作分为实验和计算机模拟两部分。 实验上,本文提出了一种可行的微流控-溶剂挥发-选择性溶解三步法来制备了微米级单分散的聚合物碗状颗粒。碗状颗粒的制备首先是采用毛细管微流控器件制备了微米级尺寸均一的PS/PMMA/氯仿乳液液滴;其次,将收集到的乳液液滴进行溶剂挥发除去液滴中的溶剂氯仿,在此溶剂挥发过程中PS和PMMA之间发生相分离,最终得到PS/PMMA复合颗粒;最后,将PS/PMMA复合颗粒用乙酸选择性溶解去掉PMMA相,得到单分散的PS碗状颗粒。此外,本文还研究了碗状颗粒的耗散诱导自组装,得到了首尾堆叠的聚合物蠕虫链结构。 计算机模拟上,采用刚体布朗动力学方法研究了碗状颗粒(和球缺颗粒)的自组装,粒子之间势场是定量地从全原子力场采用列表和插值的方法提取的。模拟结果表明,颗粒形貌和自组装结构之间有较强的依赖关系:对碗状颗粒而言,最稳定的堆叠结构是首尾堆叠;但是对球缺颗粒而言,最稳定的结构是面对面堆叠结构。自组装结构的稳定性与碗状颗粒的厚度和球缺颗粒的高度有关,碗状颗粒厚度值越小或者球缺颗粒高度值越小都能得到较稳定的组装结构。为了深入理解自组装的动力学过程,分析两个颗粒之间的三维等势面图找到所有亚稳态构象和稳态构象,并且计算了这些构象间的能量最小化路径(MEPs)。本文中,碗状颗粒和球缺颗粒的预测结构与模拟得到的组装结构基本一致,而且碗状颗粒的组装结构与实验上的组装结构也一致。这项工作为我们深入理解自组装过程的机理提供了丰富的信息。