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三嵌段共聚物在本体中自组装能够形成层状相、双连续螺旋相、柱状相和球状相。在受到几何限制和衬底作用的情况下,嵌段共聚物能够形成多种不同于本体的有序微观结构。
本文运用动态平均场密度泛函理论,使用Materials Studio软件中的MesoDyn 模块,对球状三嵌段共聚物A8B4A8 薄膜的相行为进行了模拟研究。
通过对该三嵌段共聚物本体结构的模拟研究,确定了球状相的存在范围及本体周期;
在此基础上施加受限条件,对本体为球状相,压缩系数分别为8和16的三嵌段共聚物A8B4A8 薄膜的相行为进行了模拟研究。
在纯几何限制条件下,球状三嵌段共聚物A8B4A8 薄膜的表面区域形成浸润层状相;
对于某些特定的膜厚,薄膜的中部区域依次形成压扁的球状相、球状相和垂直的柱状相。
压缩系数为8体系发生上述相变所需的薄膜厚度均比压缩系数为16体系略小。
在几何限制和衬底作用条件下,调整薄膜的厚度和衬底作用参量,在表面得到了六种有序微观结构:浸润层状相、垂直柱状相、六角排列球状相、平行柱状相、穿孔层状相和层状相。压缩系数为8体系表面形成穿孔层状相和层状相所需的衬底作用远小于压缩系数为16体系;根据模拟结果绘制了三嵌段共聚物A8B4A8(压缩系数为8)薄膜的表面结构相图。
在特定的薄膜厚度(9nm)下,垂直柱状相的存在范围比其它膜厚时大,并且随衬底作用的增大,垂直柱状相发生了扭曲。压缩系数为8薄膜表面依次形成了四种有序微观结构:
浸润相、垂直柱状相、平行柱状相和层状相;压缩系数为16薄膜表面依次形成了五种有序微观结构:浸润相、垂直柱状相、六角排列的球状相、平行柱状相和层状相。