星形三嵌段共聚物熔體自組裝形成堆砌結(jié)構(gòu)的自洽平均場(chǎng)研究.pdf

1、本論文用自洽平均場(chǎng)實(shí)空間理論來(lái)研究星形三嵌段共聚物熔體自組裝出現(xiàn)的堆砌結(jié)構(gòu),特別是阿基米德堆砌(Archimedean tiling patterns)結(jié)構(gòu)。所謂阿基米德堆砌圖案是指由擁有相同類型頂點(diǎn)的規(guī)則多邊形鑲嵌塊無(wú)間隙地覆蓋二維平面所得到的圖案。 為了描述星形三嵌段共聚物熔體平衡態(tài)的相行為,我們基于標(biāo)準(zhǔn)的高斯鏈模型推導(dǎo)出自洽平均場(chǎng)方程組。繼而用實(shí)空間方法求解自洽平均場(chǎng)方程組,論證三嵌段星形共聚物熔體體系展現(xiàn)阿基米德堆砌結(jié)構(gòu)

2、的相行為；其理論結(jié)果可與已報(bào)道的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)進(jìn)行比較。 為了與實(shí)驗(yàn)得到的阿基米德堆砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比,我們選取的分離強(qiáng)度參數(shù)為XABN=XBCN=35,XCAAN=72。我們的工作分為兩部分。一部分用三維的程序計(jì)算al.0ByC2.0型(即令C嵌段與A嵌段的體積分?jǐn)?shù)fC=2fA,調(diào)節(jié)B嵌段的體積分?jǐn)?shù)fB)星形三嵌段共聚物熔體依賴于體積分?jǐn)?shù)的微觀相分離結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,星形三嵌段共聚物熔體體系一般呈現(xiàn)柱狀、層狀結(jié)構(gòu),在fA、fB、fC相差不

3、大時(shí),與柱橫切的平面呈現(xiàn)多邊形區(qū)域組成的結(jié)構(gòu)。這種計(jì)算結(jié)果符合星形三嵌段共聚物熔體體系相分離結(jié)構(gòu)的一個(gè)典型的特點(diǎn)：由于星形共聚物連接點(diǎn)分布的特殊限制,即若星形三嵌段共聚物三體積分?jǐn)?shù)足夠可以形成穩(wěn)定的三相結(jié)構(gòu),則連接點(diǎn)構(gòu)成的線不能處在二維平面上,而要向第三個(gè)維度延伸,使星形三嵌段共聚物熔體相分離趨于形成二維、三維結(jié)構(gòu)?？偨Y(jié)起來(lái),若三個(gè)嵌段各體積分?jǐn)?shù)不可比,即三嵌段的三個(gè)體積分?jǐn)?shù)相差很大,它們更傾向于形成柱狀相、層狀相結(jié)構(gòu)。當(dāng)三體積分?jǐn)?shù)可比

4、時(shí),即三嵌段的三個(gè)體積分?jǐn)?shù)很接近時(shí),其自組裝傾向于形成各向異性的以柱為基礎(chǔ)的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài),其二維橫切于柱的平面呈現(xiàn)多邊形區(qū)域組成的結(jié)構(gòu)。 另一部分,我們?nèi)匀ABN=XBCN=35,XCAN=72,直接用二維程序計(jì)算模擬al.0B1.0Cx對(duì)稱型(即令fA=fB,調(diào)節(jié)fC)和Al.0ByC2.0不對(duì)稱型(令fC=2fA,調(diào)節(jié)fB)在A、B、C三體積分?jǐn)?shù)相近可比的情況下,研究星形三嵌段共聚物熔體體系的微觀相分離結(jié)構(gòu)隨體積分?jǐn)?shù)的變化

5、。計(jì)算結(jié)果顯示呈現(xiàn)多邊形區(qū)域組成的微觀相分離結(jié)構(gòu)。且模擬出九十年代實(shí)驗(yàn)觀察到的阿基米德堆砌圖案(4.6.12)、(4.8.8)、(6.6.6)結(jié)構(gòu)(小括號(hào)里的整數(shù)代表的是在每一個(gè)頂點(diǎn)聚集的多邊形的邊數(shù)),還有05年、06年、07年的實(shí)驗(yàn)中觀察到的更復(fù)雜的阿基米德堆砌圖案(3.3.4.3.4)以及非阿基米德的堆砌圖案[5,5,10]和[8,5.3,5.3]的結(jié)構(gòu)形態(tài)(中括號(hào)里的數(shù)字代表每一個(gè)頂點(diǎn)的平均配位數(shù)-ACN,非阿基米德的堆砌圖案以