高聚物材料的自组装和相分离研究

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随着合成工业技术的发展,对聚合物所形成的混合物有序结构的研究由于它潜在的应用价值而显得日益重要。本文使用元胞动力学系统(CDS)数值计算方法,通过建立三序参量模型,详细地研究了共聚物和均聚物所形成的混合物体系在衬底诱发和外场诱导下所形成的自组装有序结构以及两种不同共聚物所形成的混合物体系的相分离动力学,得到了一些非常有益的结论。 第一章作为绪论简单地介绍了高分子聚合物及其自组装与相分离的基本概念和基本理论,也分析了聚合物研究的现状,提出了尚待解决的问题,并简要介绍了我们所做的工作。 第二章中,我们研究了衬底调制势诱发含有少许粒子的两嵌段共聚物与均聚物体系的有序结构的形成。计算结果得到,粒子在表面相互作用调制下,打破了微观相分离和宏观相分离过程的对称性,由于相分离和在调制势作用下浸润粒子序的相互作用,导致微观和宏观相取向结构的形成。数值计算结果显示,微观相形貌和宏观相形貌可以通过调节浸润相相互作用,表面粒子相互作用以及调制势的周期来改变。这将提供一个重要的思想,通过浸润导致失稳分解从而改变材料的微观和宏观相序结构。 第三章中,我们研究了外场诱导的均聚物和共聚物所形成的混合物的有序结构的形成与取向序转变。结果发现,在适当的条件下,尽管体系的宏观相分离几乎是各向同性的,但微观相分离却明显地受振荡场所扰动,组分涨落受到各向异性地抑制,微观相的各向同性性被打破。通过改变振荡振幅和濒率,我们观察到层状的微相结构的取向序转变分别从各向同性状态到平行于振荡场方向状态,再从平行于振荡场状态到垂直于振荡场方向状态的转变。我们详细地检查了在振荡场作用下取向序转变过程中的微观相结构,取向序参数以及畴尺寸。我们也研究了微观相结构如何随体系中均聚物和共聚物的组分比例而变化。我们的模型为实现软物质的取向序转变提供了可能的而又简单易操作的方式。 第四章中,我们研究了两种不同的均聚物所形成的混合物体系的相分离动力学。数值计算结果指出,在不同共聚物的混合物体系相分离过程中会出现“洋葱环”结构。我们详细地调研了“洋葱环”结构的形成过程和畴的生长。它为实验上在由不同共聚物所形成的混合物中实现这种结构提供一个重要的参考。
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