选择性溶剂中两嵌段共聚物聚集行为的介观模拟

论文摘要

嵌段共聚物是由一系列不同的结构单元连接而成的大分子。由于不同种类单元之间不相容,因而嵌段之间相互排斥；又由于各结构单元之间是由化学键相互连接而成,因此会发生微相分离,在本体中和选择性溶剂中自组装形成有序形貌,如层状相、柱状相、球状相,以及更加复杂的自组装结构,如囊泡、复合胶束、环形胶束、多隔段胶束等。除了常见的柔性嵌段共聚物,一系列刚性以及刚柔嵌段共聚物被合成出来。研究表明,这些具有刚性嵌段的共聚物具有一些特殊的自组装行为,因此可以被应用于光学、微电子、膜工程等领域中。计算机模拟技术被广泛应用于研究化学问题,不但可以解释实验中观察到的现象,阐明微观机理,对实验起到辅助作用,而且也可以作为开展实验的指导。耗散粒子动力学方法作为一种粗粒化方法,由于其包含流体力学相互作用,体系动量守恒,柔性势使其积分步长可以比较大等优点,被广泛应用于嵌段共聚物自组装体系的研究中。在本论文中,我们应用耗散粒子动力学方法研究了具有一定刚性的两嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装行为。通过建立以粒子间的相互作用参数和溶液的浓度为变量的相图,考察了它们对各有序相位置和区域面积的影响。由于有序相的演化过程对于研究微观机理和指导实验有重大意义,我们还考察了层状相、柱状相、球状相的演化过程。发现柱状相和球状相有多种演化途径,以及相互作用参数对体系演化速度的影响。径向分布函数是表征体系空间有序度的重要方法,但是很少被用于分析耗散粒子动力学模拟的体系。在本论文中,我们借助于径向分布函数,对比分析了各种不同有序形貌中聚合物粒子间以及聚合物和溶剂的相对位置关系,从定量的角度分析了各有序形貌的微观差异,以及相互作用参数对有序相间距的影响。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 嵌段共聚物简介
• 1.2 本体中嵌段共聚物的自组装
• 1.3 选择性溶剂中嵌段共聚物的自组装
• 1.4 聚合物链的柔顺性对自组装的影响
• 1.5 嵌段共聚物自组装的应用
• 1.5.1 在生物医药中的应用
• 1.5.2 在纳米材料中的应用
• 1.6 本论文的内容
• 第二章 耗散粒子动力学方法与径向分布函数
• 2.1 耗散粒子动力学方法
• 2.1.1 起源与发展
• 2.1.2 理论框架
• 2.1.3 在聚合物研究领域的应用
• 2.2 径向分布函数
• 第三章 选择性溶剂中两嵌段共聚物的聚集行为
• 3.1 模型的建立及参数设置
• 3.2 相图分析
• 3.3 有序相的动力学演化过程
• 3.3.1 层状相的演化过程
• 3.3.2 柱状相的演化过程
• 3.3.3 球状相的演化过程
• 3.4 小结
• 第四章 有序形貌的RDF分析
• 4.1 各有序形貌RDF曲线的比较
• 4.2 层状相结构的RDF分析
• 4.3 柱状相结构的RDF分析
• 4.4 球状相结构的RDF分析
• 4.5 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表