三嵌段共聚物在选择性溶液中的自组装及NMR研究

论文摘要

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。

论文目录

• 引言
• 第一章 总论
• 1.1 综述
• 1.2 Monte Carlo 模拟
• 1.3 核磁共振
• 1.4 选题的目的和意义
• 第二章 Monte Carlo程序
• 2.1 Monte Carlo 模拟
• 2.1.1 Monte Carlo 模拟基本思想
• 2.1.2 高分子物理中的Monte Carlo 模拟
• 2.2 程序验证
• 2.2.1 三维程序静态性质验证
• 2.2.2 三维程序动态性质验证
• 2.3 体系选取与参数设置
• 第三章 核磁共振实验
• 3.1 实验的理论依据
• 3.2 实验的样品以及实验仪器
• 3.3 NMR 测试样品的准备
• 第四章 关于两亲性三嵌段共聚物在选择性溶液中的自组装行为的研究
• 4.1 Monte Carlo 模拟
• 4.1.1 加入水之后体系形成胶束的过程
• 4.1.2 加水的量的变化对高分子形成胶束的影响
• 4.1.3 不同体系模拟出的胶束形态的多样性及规律性
• 4.1.4 水量的变化对胶束周围水分子聚集度的影响
• 4.1.5 小结
• 4.2 NMR 实验
• 4.2.1 水的增加对水核磁共振峰的影响
• 4.2.2 随着水的增加水的HNMR谱峰的半峰宽的变化
• 4.2.3 小结
• 4.3 结论
• 参考文献
• 致谢