论文摘要
高分子共聚物在特定的外部条件下可以自组装成结构新颖、功能独特的新型高分子材料。新类型高分子材料的合成和开发极大地促进了高分子理论、高分子表征技术以及高分子应用科学的发展,同时也引起了化学、物理学、材料学、生命科学、环境科学等多个领域的科学家浓厚的研究兴趣,从而促进了交叉学科的发展。在研究共聚物体系在掺杂、受限、剪切场、及选择性溶剂等条件下自组装的过程中,也使我们更理解了嵌段共聚物的相分离本质。尤其是在掺杂、受限等外部各种因素的诱导作用下,共聚物体系将表现出与本体状态下不同的微相结构。本论文采用耗散粒子动力学（DPD）方法、自洽场理论（SCFT）和分子动力学（MD）方法分别研究了柱状的二嵌段共聚物与二嵌段纳米棒共混体系,三维受限体系下二嵌段共聚物本体,及接枝在软球壳表面的柔性链在良溶剂环境中的自组装。此外,本文还通过实验和计算机模拟研究了DNA链在多价阳离子溶液中的凝聚行为。在本文第二章中,采用耗散粒子动力学（DPD）方法对二嵌段共聚物（DBCP）本体掺杂不同数量二嵌段纳米棒（DBNRs）的情况下的微相分离进行了模拟研究。首先,我们考察了非对称DBCPs（A3B7）与DBNRs混合体系的情况,发现体系中加入少量的DBNRs会破坏A3B7的柱状相；而当混合体系中的DBNRs数量逐渐增加时,A3B7则形成新颖的层状构象。首次观察到这种A387的非对称本体的层状相不同于以往理论和实验上观察到的A5B5的对称层状相,其A-B相的周期长度严重不对称。其次,考察了对称DBCPs （A5B5）与DBNRs混合体系的情况,发现该体系中,纳米棒对A5B5的微相结构影响不大。但我们观察到了另外一个重要的现象,即DBNRs与DBCPs混合时,在络合物中能自组装成高度有序的层状结构,且纳米棒的取向也是高度一致的。而相反的情况是,DBNRs在A10均聚物本体中表现出明显的集聚行为。在本文第三章中,自洽场理论（SCFT）对受限在三维球壳层空腔内的二嵌段共聚物（DBCPs）的相分离进行了计算研究。首先,我们考察了中性约束面条件下,A2B8二嵌段共聚物在不同受限尺寸空间内相分离,发现其三维受限下的微相结构要比低维（一维或二维）受限下的结构复杂的多。其次,分别考察了约束面对A2B8二嵌段共聚物中A组份弱吸引和强吸引的情况（表面亲性于A组份）,同样观察到了类似于中性约束面情况下复杂多样的微相结构。最后,还分别考察了约束面对A2B8二嵌段共聚物中B组份弱吸引和强吸引的情况（表面亲性于B组份）,此情况下的构象与前面的完全不同。总之,在受限在三维球壳层空腔内的A2B8二嵌段共聚物的微相结构非常的复杂,并且约束表面场的强度和不同亲性对体系的微相结构也有很大的影响。在本文第四章中,建立了软球膜分子刷模型,并采用分子动力学（MD）方法对其微相结构进行了模拟研究。软球膜分子刷是通过在可形变的弹性球壳表面接枝柔性高分子链实现的,球壳的刚度可以通过表面弯曲能进行调控,高分子链与球壳表面分子之间存在相互吸引关系（由结合能表示）。首先,在适中的弯曲能和结合能时,通过改变球膜分子刷表面的接枝密度,可以使弹性软球膜发生形变。即原本球状的球膜在少量高分子链的作用下发生了坍塌（就像是泄了气的皮球）；之后随着表面接枝链密度的增大,球膜又恢复了球状结构（膨胀状态）。软球膜的这种“膨胀-坍塌-再膨胀”的相变行为也是首次被观察到。其次,当球膜表面弯曲能很弱时,接枝高分子链很容易使球膜发生坍塌,很难再膨胀；相反,当球膜表面弯曲能很强时,球膜将总是处于膨胀状态。此外,我们还研究了不同结合能情况下,接枝密度变化时的高分子链构象行为。在本文第五章中,以实验为基础,研究了向DNA溶液中添加精胺阳离子的速度对DNA凝聚行为的影响。即在不同组的对比试验中,每组添加阳离子的次数是不同的,但最终添加阳离子的总量是相同的。我们利用原子力显微镜（AFM）观察了不同实验组的DNA凝聚体的时间序列构象,发现向DNA溶液中添加阳离子的速度越慢,DNA凝聚相变的速度也越缓慢。此外,我们通过分子动力学（MD）模拟了多价阳离子以不同速度添加到DNA溶液中的情况,DNA凝聚行为的模拟结果与实验结果是一致的。最后,本文通过拉伸动力学（SMD）研究分析了不同添加速度情况下的DNA凝聚体的内部结构。