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三组份体系是软物质相分离研究中一个复杂而又重要的研究对象。本文采用原胞动力学数值模拟(CDS)方法,研究两类三组份体系的相分离动力学:(1)二元混合物与粒子体系;(2)嵌段共聚物与共混聚合物体系。
在第二章中,研究二元混合物与受周期外场驱动的粒子组成的三组份体系的相分离。在建立连续粒子流模型的基础上,采用两序参量模型描述体系的相分离。研究发现,受周期外场驱动的粒子将极大地影响体系的相分离,破坏体系的旋转对称性,促使浸润相的粗粒化主要沿着粒子运动方向进行。在二维体系中,平行和垂直粒子振动方向的条纹相畴结构被观测到。给出了体系畴结构取向有序的振荡频率与振幅(ω-γ)相图。它表明,可以通过调节周期外场来控制畴条纹的取向。在三维体系,我们进一步得到了稳定的柱状和层状畴结构。同时,还详细地讨论了畴的结构和尺寸随周期外场、扩散系数和淬火深度变化的关系。振荡粒子与二元混合物模型提供了一种简单的控制软材料序结构的新方法。
第三章,在二元混合物与粒子体系中,通过外加噪声场驱动粒子,研究噪声场对相分离体系序结构的诱导。我们采用Langevin方程描述粒子的运动。结果表明,相分离动力学、耦合相互作用和粒子的随机运动三者之间的竞争最终导致体系形成有序的结构。在适当的参数下,它们分别可以是条纹、柱状和层状结构。值得注意的是,这时所有粒子都位于条纹和柱状浸润相畴的中轴线、层状浸润相畴的层中心面位置。此外,还发现,层状结构的粒子浸润相层厚在一定范围内跟粒子数有关;只有适当范围的噪声强度才能产生良好的序结构;改变噪声强度可以实现柱状和层状结构之间的转变。
第四章,研究伴随化学反应的三组份体系的相分离。首先,讨论嵌段共聚物C与均聚物A、B体系伴随化学反应A+B()C情形下畴的生长动力学。结果表明,在A相与B相之间低界面能的情况下,由于嵌段共聚物C在界面的增加将导致界面趋饱和,从而影响正向反应的进行,而相对地逆向反应分解C的作用则明显加强而处于主导地位,其结果,化学反应极大地促进了系统的相分离,使后期的相分离进程加快。在高界面能的情况下,不饱和界面的存在使得正、逆向化学反应速率的大小对畴的生长没有明显的影响,体系的相分离则主要由界面能控制。其次,讨论周期势调制的二元混合物与粒子体系伴随化学反应A()B情形下体系产生的序结构。调制势促使条纹畴结构的产生,化学反应控制了混合物两相的相对体积分数,它们与相分离动力学之间的相互竞争,导致体系产生条纹与小块畴共存的新序结构。