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在高分子自组装研究中,通过调控高分子自组装体系的外界环境,使高分子体系在受限状态或在表面诱导的状态下进行自组装,可以得到新颖、长程有序的纳米结构。而且,在共聚物材料的形成过程中加入一定量的纳米粒子也能得到更加丰富的高分子材料,并可以控制纳米粒子在相分离中的位置,这样得到的高分子材料具有更大范围的机械力学性能、导电性能、渗透性能、光学和磁学性能。本文通过Monte Carlo计算机模拟方法研究了嵌段高分子在受限薄膜体系中,在不同的表面诱导条件下和加入不同化学性质的纳米粒子情况下的自组装现象。
1、采用Monte Carlo模拟退火的方法模拟研究了对称的两嵌段共聚物在薄膜吸附诱导的情况下的自组装过程。研究发现在薄膜体系情况下,表面的吸附诱导将对相分离起到决定性的作用。在不同的表面吸附条件下我们观察到了一系列独特、新颖的结构:不同宽度的交替平行板、倾斜的交替平行板、水槽状的平行梯形条、等边梯形条和凹凸交替出现的薄片等结构。可见,在一定条件下,选择合适的边界吸附条件能得到我们希望得到的结构,这对新型纳米高分子材料的制备具有指导意义。
2、采用Monte Carlo模拟退火的方法研究了掺杂极性纳米粒子的非对称两嵌段共聚物受限于薄膜情况下的自组装行为。研究发现在体系中逐渐加大极性纳米粒子的浓度,体系的相结构由层状逐渐转化成层状和柱状共混的相结构,最后变成分布均匀的柱状相,而极性纳米粒子则分布在某一嵌段之中。
3、采用Monte Carlo模拟退火的方法研究了掺杂中性纳米粒子的对称的二嵌段共聚物受限在薄膜情况下的自组装相行为。中性纳米粒子不会对相分离产生影响,而会集中分布在嵌段共聚物相分离的界面上。此外,我们对结果进行了定量分析,并同实验结果进行了比较。
总之,通过表面诱导或者在共聚物中加入纳米颗粒能得到多种新颖有序的纳米结构。这些研究结果对新型高分子纳米材料的制备提供了一定的指导意义。