嵌段共聚物在选择性溶剂中能够自组装形成“核—壳”结构的胶束,由于胶束的尺寸处于纳米量级,因此利用嵌段共聚物的自组装制备纳米材料已成为当今高分子科学和材料科学的重要研究课题。嵌段共聚物中的一种,两亲性三嵌段共聚物能在选择性溶液中形成丰富多样的胶束结构,因此备受人们关注。 本论文应用 Monte Carlo 模拟和实验方法对 ABA 型三嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装行为进行了研究,并把研究的重点放在选择性溶剂对体系自组装行为的影响,得到了如下创新性结果: 1.Monte Carlo 模拟得到了球状、棒状、及球棒的混合的形态的胶束。模拟结果表明,增加疏水链段与水分子之间的相互作用,有利于胶束的形态从球状转化为棒状。 2.在模拟中,将两亲性三嵌段共聚物溶解于各链段的共溶剂之中,再向体系中不断加入选择性溶剂(即水)来诱导自组装的发生,使嵌段共聚物自组装形成“核—壳”结构的胶束。模拟结果表明,开始加水时,加入的水分子大部分聚集在链段周围;随着加水量的增加,新加入的水分子大部分分散到溶液中。水分子与共聚物的相互作用是胶束形成的主要原因。加水量对于胶束的形成起着至关重要的作用。 3.利用核磁共振(NMR)的方法研究了水分子在嵌段共聚物 P4VP-b-PS-b-P4VP 溶液中是如何参与自组装行为的。在溶液中,水分子与亲水嵌段发生络合作用形成氢键。水分子在加入初期大部分聚集在亲水链段周围;当溶液含水量达到一定程度之后,水分子大部分游离在溶液中。研究表明,水分子与共聚物链段在胶束形成之前就已经开始相互作用,水分子在胶束的形成过程中起着关键的作用,这与模拟结果是一致的。 这些研究结果为该类嵌段共聚物胶束形态结构的调控和应用提供了科学依据,丰富和加深了人们对嵌段共聚物自组装行为的认识和理解。