【摘 要】
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在材料科学中,软物质中以球状基元为基础构筑的超晶格结构由于其具有一些特殊的性能而在许多方面具有良好的应用前景,而其性能主要取决于软物质内部的组装结构和组装结构的尺寸。为了研究影响软物质中组装结构尺寸的因素,我们设计并合成了一系列具有相近化学结构并且以氢键为组装驱动力的盘状分子,系统研究了各自分子热处理后得到的组装结构的种类和晶胞参数,并将其与分子结构上的差异进行对比,首次得到了具有类似结构的盘状分
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在材料科学中,软物质中以球状基元为基础构筑的超晶格结构由于其具有一些特殊的性能而在许多方面具有良好的应用前景,而其性能主要取决于软物质内部的组装结构和组装结构的尺寸。为了研究影响软物质中组装结构尺寸的因素,我们设计并合成了一系列具有相近化学结构并且以氢键为组装驱动力的盘状分子,系统研究了各自分子热处理后得到的组装结构的种类和晶胞参数,并将其与分子结构上的差异进行对比,首次得到了具有类似结构的盘状分子组装形成球状基元时分子结构与尺寸的关系。除此之外,通过将其中具有类似结构的两种分子混合,在组装结构中成功形成了可以通过调整混合比例进一步调节组装尺寸的均匀大小的球状基元,这些球状基元排列得到了软物质中很少出现的六方最密堆积结构。这一研究为特定尺寸的组装结构的形成提供了设计和指导,并且提供了一种新的方便且细致地调节形成组装结构的尺寸的方法。为了在软物质中构筑难以在单组份样品中出现的具有高体积不对称性的超晶格结构,我们创造性地采取了自识别共组装的策略,通过将两种具有不同核心结构的分子混合使之各自组装形成球状基元,在混合物样品中形成了两种具有较大体积差异的不同球状基元,并且成功地观察到了原本很少出现在软物质中的Na Zn13相、Mg Zn2相和Ca Cu5相的形成,其中Ca Cu5相为首次在软物质中出现。之后,为了解释在体积差异大的体系中出现这些超晶格结构的原因,我们引入了类球率这一参数用于衡量在不同体积差异情况下超晶格结构的稳定性,我们还计算了其它原本出现在合金中的超晶格结构的类球率,据此解释了本论文中和其他文献报道中的超晶格结构的形成,并且对尚未出现在软物质中的超晶格结构的形成条件进行了预测。我们进一步利用类球率计算了另一大类出现在软物质中的结构Frank-Kasper相在各个条件下的稳定性,除球状基元之间体积差异的影响外,我们还首次将不同球状基元的数量比对各个相形成难易程度的影响纳入考虑范围。通过一系列合理的假设和计算,我们比较了具有相同平均配位数的相之间的稳定性,并且给出了在双球体系中不同球体积比和球数量比影响下的相图,其结果与实验中的现象相符。我们还计算了在三球体系中体积比和数量比的影响,预测了在特定的数量比和体积比下可能会出现之前从未出现在软物质中的M相、μ相和pσ相。最后,我们分析了软物质中组装结构偏离类球率预测结果的可能原因,并据此提出了形成类球率低的组装结构的方法,从理论和实验上建立了一个新的超晶格工程科研领域。
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