模拟研究刚柔三嵌段共聚物的一维受限自组装

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嵌段共聚物由于其自组装的特性引起了人们的普遍关注。近年来,科研工作者们通过受限的方法调控嵌段共聚物自组装结构的取向,获得了一系列具有潜在应用价值的新颖结构。本文采用耗散粒子动力学(DPD)方法系统研究了刚柔三嵌段共聚物在平面狭缝内的自组装行为。全文主要包括以下两方面内容:(1)Rod-Coil-Rod三嵌段共聚物在平面狭缝内的自组装。我们采用DPD方法研究了本体为球结构的R5C30R5三嵌段共聚物在平面狭缝内的自组装行为,发现自组装结构与狭缝表面性质以及狭缝间距密切相关,并给出了相图。我们观察到一系列不同于本体的新颖结构,包括润湿层、岛状结构、六角排列的垂直柱、平行柱以及交错平行柱。平行柱的层数随着狭缝间距的增加而增加,并且在层数增加之前总是出现六角垂直柱或交错平行柱。我们还研究了刚性嵌段长度的影响,发现刚性嵌段的取向有序度随着棒长的增加而增加,当棒长增加到一定程度时,可以形成一些特殊结构,如弯曲的带状、平行排列的半柱以及箭头状结构。(2)Rod-Coil-Coil?三嵌段共聚物在平面狭缝内的自组装。我们采用DPD方法系统研究了本体为螺旋G结构的R4C6C?2三嵌段共聚物在平面狭缝内的自组装行为,发现第三组分的引入会产生更加丰富的组装结构。在末端选择性的平面狭缝内,我们观察到六方排列的多层垂直柱,并且狭缝表面性质显著影响自组装结构的转变过程:在R选择性狭缝中,垂直柱的层数增加时总是经过垂直层这一过渡结构;而在C?选择性狭缝中,主要通过形成平行层的过渡态结构来增加垂直柱的层数,同时平行层的层数也会随着狭缝间距的增大而增加。当狭缝表面对中间C嵌段具有选择性时,总是观察到垂直层结构,并且垂直层的层数随着狭缝间距的增加而增加。由于各垂直层在水平方向上的取向不同导致其在层与层的界面处接触形成穿孔层。模拟结果表明,受限体系的自组装结构与狭缝性质以及狭缝间距密切相关,R嵌段显著影响共聚物的受限自组装行为,诱导三维有序结构的形成。
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