若干高分子扩散界面的结构和相互作用的自洽场研究

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界面问题是高分子科学中一个重要问题。高分子在一般界面处形成的具有内部结构的界面称为扩散界面。高分子在界面处的结构最终会决定高分子体系的相互作用。在本文中,我们研究了一系列中性和带电高分子吸附和枝接的问题。一方面,高分子吸附或枝接的体系在工业中有着广泛的运用,比如凝胶系统的稳定性研究、污水处理、食品加工和药物输运等;另一方面,和高分子中的其他问题一样,这些问题的研究也会增加人们对高分子结构、静电相互作用、电离平衡和几何受限等这些共同作用机制的认识。基于上述原因,我们研究了对称三嵌段共聚物在两平板的吸附问题、多分散弱聚电解质刷问题和对称三嵌段两性聚电解质在两平板的吸附问题。具体内容有:  (1)利用柔性高分子链的自洽平均场理论研究了三嵌段共聚物高分子在两平板之间的吸附行为。一个有效的数值算法被推广来计算三嵌段吸附的时候所形成的各种构象。发现随着两平板距离的减少,自由链、loop和tail构象的量是减少的,bridge构象的量是增加的。自由高分子链消失、loop、tail构象减少和最终消失、bridge构象出现的地方都极大的依赖体系的控制参数。具体来说,两平板的吸附势能越强,发生构象转变的地方就在越大的平板距离上。两平板之间相互作用的强度、出现时候的两平板距离及两者的变化都和体系的构象转变有紧密的联系。通过构造对比实验,我们发现,是二次吸附时候产生足够多的bridge构象导致的两平板之间的微弱的吸引相互作用。  (2)利用弱聚电解质的自洽平均场理论,结合Schultz-Zimm分布,我们研究了多分散弱聚电解质高分子刷的结构和他们的相互作用。具体发现是:随着离散度的增加,高分子的浓度分布函数从均聚物的抛物线型凸函数变为一个凹函数,这导致高分子数的解离分数f(x)和抗衡离子的分布pOH(x)在空间中的变化具有空间依赖性,即在近板区是增加的,在远板区是减少的。这是由于高分子的长短链在不同的分散度的情况下的行为来决定的。同时,我们进一步发现,分散度对高分刷的结构的影响在高分子具有较高的带电分数的情况下更加明显。两个弱聚电解质刷的相互作用总是长程的排斥相互作用,随着分散度的增加,高分子的相互作用强度会降低。我们计算了压缩高分子时候的高分子的浓度和交叉量的变化规律,发现,随着分散度的增加,高分子的交叉量是增加的,这意味着分散度高的高分子的摩擦系数更高些。  (3)利用自洽场研究了吸附性两性对称三嵌段共聚物在两平板之间的吸附结构和体系的相互作用。我们发现:所有构象的量随着高分子的带电分数的增加而减少;随着盐离子浓度的增加而增加,最终,在高的盐离子浓度处达到饱和。整个系统可以看作两部分组成的:一个是小离子在平板附近构成的double-layer,另一个是高分子溶液。double-layer对两平板之间的相互作用的贡献是不可忽略的。由于长程静电相互作用的存在,虽然体系中可以形成bridge吸引相互作用,两平板之间最终的相互作用总是一个长程的排斥作用。但是,可以看到,bridge构象的形成可以极大的调节它。通过将这种总的相互作用分为各个部分,我们发现,这个排斥相互作用主要来至于三个部分:界面吸附效应的贡献、高分子链的贡献和小离子形成的double-layer的贡献。高分子链的贡献在高带电分数的时候将占着主导作用。在低的本体盐浓度下,double-layer将占据主导作用。
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