两种或两种以上高分子链由化学键连接就形成嵌段共聚物。嵌段共聚物无法形成宏观的相分离，但在特定的温度下能自发地形成复杂的纳米尺度的微相结构。这种对温度敏感的自组装行为使嵌段共聚物有很大的工业应用潜力，比如做成温度传感器、带纳米图案的模板、半渗透膜和光子晶体等等。在近四十年深入的理论和实验研究后，人们已经知道AB两嵌段共聚物的本体只能形成四种热力学稳定的微相结构：层状相，gyroid相，柱状相和球状相。最近，两嵌段共聚物在薄膜中受限时表现出的复杂的相行为引起了理论和实验工作者的广泛兴趣。我们用强分凝和自洽场方法考察了在本体中形成柱状结构的非对称两嵌段共聚物薄膜的纳米尺度微相结构以及其力学行为。 第一章是绪论。我们总结了目前在嵌段高分子薄膜领域里主要理论方法，描述了粗粒化的自由行走嵌段高分子链模型，并在平均场理论的框架中详细推导了强分凝理论和自洽场理论。 第二章是受限在两个均匀且不可穿透基板间不对称两嵌段高分子薄膜的微相结构。长链分子在受限表面附近会由于表面吸附性质和空间构象受限而发生重新排列。受限会导致许多种有趣的表面重构，这在工业中是常见且非常重要的。两层表面之间距离只有lO-lOOnm的超薄膜是一种典型的受限体系。我们首先用强分凝理论研究本体为柱状结构的AB两嵌段高分子薄膜。我们发现，膜内纳米结构对两嵌段组分和基板的吸附性十分敏感。随着膜厚的变化，膜结构在垂直柱状、平行柱状和平行层状之间转变。然后我们用在实空间解自洽场方程组的方法进行了更精确的计算。我们将体系中短嵌段的体积分数固定为0．3，以保证在本体不受限时总是形成柱状结构。自洽场的模拟显示，在受限时除了平行柱状、垂直柱状外，平直层状、穿孔层状、波浪形柱状和波浪形层状也可以因为嵌段与基板的相互作用而稳定存在。在合适的膜厚和嵌段一基板相互作用条件时出现三种新结构——波浪层状、波浪柱状和非整数倍周期的平行柱状。我们系统地改变膜厚和两种嵌段间的相互作用参数，计算了特定嵌段一基板相互作用时的相图，据此讨论了受限效应和基板选择性对不同结构稳定性的影响。我们注意到，如果基板为中性，基板对短嵌段表现为一个熵致的弱选择性。当膜厚与层状结构的最佳周期相匹配时，只要基板选择性足够强，受限膜体系就会出现平直层状结构。但是平行柱状和平直层状两种结构之间很少出现直接的转变，其间往往出现穿孔层状、波浪形柱状和波浪形层状作为过渡的形态。 第三章中，我们讨论了体系中短嵌段体积分数为0．3时柱状结构受单轴外力时的准静态行为。将自由能对形变取二阶导数就可以得到模量。在强分凝极限下，我们发现沿着柱方向的模量为最小。当沿着外力方向的形变小于0．5％时，张力和形变基本成线性关系。我们还粗略地讨论了波浪形柱状结构的情况。 第四章是一面受限于硬质基板而另一面暴露在溶剂中的共聚物薄膜的自洽场模拟。对于对称的嵌段高分子薄膜来说，当有一个表面为自由面的时，除非基板和溶剂对两种嵌段都是中性的，否则垂直层状结构就会消失。为了使熵自由能最小，体系会形成一些“岛屿”状的突起。尽管这样做会使膜的表面能略有上升，但在实验上观察到这些岛屿的尺度一般都大于1μm，是层状结构特征长度的百倍以上，所以这个表面能的上升是可以忽略的。在相图上占据大片区域的穿孔层状和垂直柱状结构，由于实验体系中的膜往往有与空气或真空接触的自由界面而不会出现。另外，我们在第二章中发现的几种新结构只出现在双面受限的体系中。