电场诱导嵌段共聚物自组装的分子动力学模拟

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本工作中,我们发展了传统聚合物粗粒化模型与Drude oscillator模型杂化的新型粗粒化极化模型来模拟电场存在下嵌段共聚物的自组装。粗粒化后的聚合单元的极化率是通过Drude oscillator模型来是实现的,即带正电的核珠子通过弹性键与带负电的壳粒子相连接。当电场不存在时,壳粒子与核珠子重合;在电场存在的情况下,壳粒子偏离核珠子,偏离的程度代表了极化的大小。由此我们的模型不仅可以模拟电场不存在的情况下两嵌段共聚物熔融体的微相分离,还可以进一步模拟电场对嵌段共聚物自组装的诱导现象及共聚物链的极化现象。基于粗粒化极化模型,我们运用朗之万动力学的方法研究了嵌段共聚物自组装的行为。对于对称嵌段共聚物,我们观察到了电场存在下嵌段共聚物层状结构的排列过程。并且通过分析电场下均聚物链取向的情况,我们发现沿着电场方向的层状结构的取向主要是由于两组分的极化率的差异。另外,在非对称嵌段共聚物中,我们研究了球状结构到柱状结构的转变,同样利用我们新型的粗粒化极化模型。在电场存在下,球状结构逐渐拉长,随后沿着电场方向的微相区域开始连接合并形成了平行于电场方向的柱状结构。最后,我们还探索了电场存在下,嵌段共聚物的双螺旋相结构的转变,即双螺旋结构到层状结构,双螺旋结构到柱状结构的转变。在高温下,双螺旋结构中垂直于电场方向的连接断裂,在平行于电场方向上形成新的连接,并逐渐形成了穿孔的层状相,最终穿孔的层状相作为中间态转变为层状相。在低温下,穿孔的层状相断裂形成柱状相。结果表明当前的粗粒化极化模型可以有效地模拟电场诱导嵌段共聚物自组装,并且在分子水平上提供了有价值的信息。
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