嵌段共聚物共混體系的自洽平均場理論研究.pdf

1、南開大學博士學位論文嵌段共聚物共混體系的自洽平均場理論研究姓名：吳志強申請學位級別：博士專業(yè)：物理學；凝聚態(tài)物理指導教師：李寶會201105中文摘要較大的分離強度范圍。通過分析相圖，我們就長鏈和短鏈共聚物之間的鏈長比R對共混物的相容性以及不同有序結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的影響進行了廣泛的討論。體系中由于長鏈聚合物為對稱兩嵌段共聚物，因此其自組裝形態(tài)為層狀相，而短鏈為近對稱兩嵌段共聚物，其結(jié)構(gòu)根據(jù)情況不同可以是無序相、球狀相、柱狀相或?qū)訝钕唷＠碚摻Y(jié)果

2、表明，共混體系表現(xiàn)出較單一成分共聚物熔體復雜得多的相行為。首先，我們預言了隨著短鏈兩嵌段共聚物體積分數(shù)的增加，一系列有序相之間的相變將會發(fā)生，將出現(xiàn)由層狀相到非零界面曲率的有序相(如柱狀相和球狀相)的轉(zhuǎn)變。值得一提的是，我們發(fā)現(xiàn)在分離強度較高的時候，兩個嵌段共聚物熔體自身自組裝為層狀相，但在其共混體系很大的共混比例范圍內(nèi)，柱狀相將是熱力學穩(wěn)定相。這一結(jié)果與實驗觀察有很好的符合。其次，當兩種共聚物鏈的鏈長比R足夠大時，在較強分離域，宏觀相

3、分離將發(fā)生。由于短鏈熔體自身形成的結(jié)構(gòu)隨著分離強度的變化會不同，理論所預言的共混體系中的共存相也較為復雜，包括：層無序(相)共存，層柱共存，柱柱共存，柱無序共存，球無序共存，柱球共存等共存區(qū)將在相圖中出現(xiàn)。另外，我們也繪制了體系中典型有序結(jié)構(gòu)的密度圖以便理解不同鏈在有序結(jié)構(gòu)中的分布。在第四章中，我們擴展了對兩嵌段共聚物共混體系的研究范圍，主要考慮長鏈共聚物處于強分離條件下，兩種共聚物的成分組成和鏈長比對體系相行為的影響，進而探索宏觀相分

4、離和微相分離之間的關(guān)系。為了擴大所要計算的參數(shù)空間，我們對有序結(jié)構(gòu)采用了單元胞近]以(unitcellapproximation)，并利用Bessel基函數(shù)對自洽平均場方程進行展開。我們研究了四類共混體系，對每一類均比較不同結(jié)構(gòu)(層、柱、球和無序相)的自由能，構(gòu)造相圖。研究發(fā)現(xiàn)微相分離和宏觀相分離的競爭導致了體系復雜的相行為。首先，通過調(diào)節(jié)共混比例，將會得到不同的有序結(jié)構(gòu)。短鏈共聚物傾向于聚集在長鏈共聚物所形成的有序結(jié)構(gòu)的界面處，從而改

5、變其界面性質(zhì)，進而影響到不同結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在微相分離方面，共混體系自組裝的一個重要特征是，通過共混，可以打破在單一成分的共聚物熔體中有序結(jié)構(gòu)與體系成分組成之間的關(guān)系。例如，兩種各自形成層狀相的兩嵌段共聚物通過混合可以得到柱狀相；在某些參數(shù)下，即使系統(tǒng)中A嵌段體積分數(shù)接近O5，我們依然可以得到球狀相；當體系中A嵌段體積分數(shù)小于03的時候，層狀相依然是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這些均是在單一兩嵌段共聚物的熔體中所沒有的。其次，當兩種共聚物鏈的鏈長比較大時，