论文部分内容阅读
本论文采用计算机模拟方法在溶液和剪切流动下研究了嵌段共聚物的自组装。主要研究内容如下：嵌段与溶剂相互作用对两亲性ABA三嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装形貌的影响； ABC(A、C亲水，B疏水)与ABCA(A亲水，B、C疏水)嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装囊泡及其非对称膜结构的形成过程以及膜结构的影响因素；多分散性对于嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装胶束的影响；最后建立了一种将自洽场(SCF)与格子Boltzmann(LB)方法相结合的新的模拟方法，用此方法研究了嵌段共聚物熔体在剪切流动下的自组装。通过以上研究取得了以下研究结果：
1．采用SCF方法研究了疏水嵌段的疏水性与亲水嵌段的亲水性对ABA三嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装胶束形貌的影响。模拟结果表明增加疏水嵌段的疏水性，胶束形貌将发生从囊泡到棒状再到球状的转变。而增加亲水嵌段的亲水性囊泡将转变为笼子状胶束。同时在模拟中发现增加疏水嵌段的疏水性体系总自由能将增加而胶束的表面积与比表面积将减小；增加亲水嵌段的亲水性体系总自由能将降低而胶束的表面积与比表面积将增加。此外我们给出了一个ABA三嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装胶束形貌的相图，为胶束形貌的调控提供了一定的依据。
2．采用Monte Carlo模拟方法研究了ABC三嵌段共聚物在A、C选择性溶剂中自组装囊泡的形成过程及其微相行为。模拟结果表明当链长相等时亲水嵌段A、C之间的亲水性差异是决定囊泡膜结构的一个重要因素。亲水性较弱的嵌段将形成囊泡的内表面而亲水性较强的嵌段分布在囊泡的外表面，形成ABC三层膜结构。模拟结果同时还表明，如果亲水性差异足够弱，ABC三层膜结构将在囊泡形成后形成，否则ABC三层膜结构将在囊泡形成之前形成。以上结果不仪为人们提供了囊泡在形成过程中微相行为的新认识，还为结构可控囊泡的制备提供了新思路。
3．采用Monte Carlo模拟方法研究了由ABCA四嵌段共聚物在A的选择性溶剂中的自组装囊泡。研究结果表明疏水嵌段B与C的链长比和疏水性差异是决定囊泡核结构的两个因素。疏水嵌段链长较长或者疏水性较强都有利于该嵌段形成囊泡疏水核的内表面。对囊泡及其疏水核结构形成过程的研究揭示了囊泡的形成过程与两种疏水嵌段的链长比和疏水性强弱无关，并且疏水的核结构是在囊泡形成后通过高分子链在囊泡膜内的迁移形成的。以上模拟结果对囊泡疏水核结构的调控具有重要意义，同时增加了人们对囊泡形成及高分子链在囊泡膜内堆砌与迁移等微相行为的认识。
4．采用Monte Carlo模拟方法对具有不同多分散性的嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装行为进行了研究。发现随着体系多分散系数的增加，共聚物溶液体系中将会发生由囊泡到片层再到球形胶束的转变。通过对多分散性嵌段共聚物自组装动力学过程的分析发现，胶束形态转变的主要原因是体系中短链数目随多分散系数的增加而增加从而导致嵌段共聚物自组装胶束的比表面积增大。模拟结果揭示了多分散性对于胶束形貌及其转变的影响，加深了人们对多分散性的认识。
5．采用将SCF与LB相结合的模拟方法研究了两嵌段共聚物在剪切流动下的自组装。两种模拟方法在同一格子中运行，将SCF的模拟结果作为LB模拟的输入，然后再将LB的模拟结果反馈给SCF模拟。不断重复这一过程直到体系结构不再随时间改变。这种结合的模拟方法兼具LB与SCF两种模拟方法的优点。模拟结果表明两嵌段共聚物在剪切流动下的自组装形貌依赖于剪切率与流场的振荡频率，所得结果与实验符合得很好。我们的工作为多组分高分子体系在复杂流场下相分离的研究提供了一个有效的模拟方法。