聚合物薄膜共混體系相行為的Monte Carlo模擬研究.pdf

1、聚合物共混體系復(fù)合了各組分的性能，在納米結(jié)構(gòu)的制造和功能材料的制備上有著廣闊的應(yīng)用前景。聚合物納米復(fù)合材料復(fù)合了聚合物基體和納米粒子的物理、化學(xué)性能，存在著巨大的應(yīng)用價值。利用嵌段聚合物在本體和溶液狀態(tài)下的自組裝能力將有效調(diào)控納米粒子在聚合物基體中微觀有序分布，是制備具有規(guī)則微觀結(jié)構(gòu)的聚合物納米復(fù)合材料的重要途徑。MonteCarlo方法作為一種分子/介觀尺度的模擬方法，適用于研究高分子科學(xué)中存在的不確定性問題和隨機(jī)性問題。本論文采用M

2、onteCarlo方法模擬研究了具有不同鏈序列結(jié)構(gòu)的聚合物共混體系以及嵌段聚合物/納米顆粒復(fù)合體系在薄膜狀態(tài)下的相行為，提出了制備聚合物基納米復(fù)合材料的理論方法。
　　 1、使用MonteCarlo方法研究了嵌段聚合物(A12B12)、交替聚合物(A1B1)12、(A4B4)3)與均聚物(A24、B24)組成的二元、三元、多元共混薄膜體系的相分離行為。與以往的共混體系研究不同，在第二章中，我們發(fā)現(xiàn)了由不同鏈序列結(jié)構(gòu)聚合物形成的共

3、混體系能形成各組分垂直于薄膜表面依次有序排列的微相結(jié)構(gòu)。我們系統(tǒng)研究了薄膜厚度、嵌段間相互作用勢、共混體系的組成比例、組分元數(shù)等參數(shù)對體系有序相分離的影響。通過比較不同表面場對共混體系相分離的影響，我們發(fā)現(xiàn):在薄膜厚度較小時，表面場對體系施加的焓的影響呈主導(dǎo)作用;隨著膜厚增加，體系中分子鏈的構(gòu)象熵的影響逐漸增強(qiáng)，在較厚的體系中，熵的作用決定了體系的微觀相分離結(jié)構(gòu)。2、我們模擬研究了選擇性納米顆粒與對稱嵌段聚合物共混體系在不同的薄膜厚度下

4、的微相行為。在薄膜體系中，隨著納米顆粒濃度增加，我們觀察到體系自組裝相結(jié)構(gòu)從層狀到穿孔層狀、柱狀、球狀的轉(zhuǎn)變。自組裝結(jié)構(gòu)的伸展方向和各結(jié)構(gòu)在相圖中的區(qū)域大小與體系的厚度、納米顆粒濃度、納米顆粒選擇性強(qiáng)度等參數(shù)有密切的關(guān)系。通過統(tǒng)計納米顆粒在體系中的徑向分布，我們研究了納米顆粒在高分子鏈體系中的分散狀況，在低納米顆粒濃度下，選擇性納米顆粒在對稱嵌段共聚物A12B12所形成的層狀微相中分散而不會引起嵌段共聚物體系微相的轉(zhuǎn)變。此情況下隨著納米