嵌段共聚物受限在纳米半球内自组装行为的模拟退火研究

摘要

软物质的自组装可以形成丰富的微观纳米结构，从而引起了科学界的广泛关注。其自组装行为的模拟研究不仅为纳米材料自组装的过程提供了指导，也为高分子自组装相行为的理论研究提供了很好的依据。嵌段共聚物作为软物质的一种，也可以自组装为很多不同的纳米结构。嵌段共聚物在熔体状态下通过改变不同嵌段的体积分数可以自组装形成体心立方球状相、六角排列的柱状相、双连通 gyroid相和层状相。但是嵌段共聚物在受限环境下的自组装结构通常被用于长程有序结构的制备。通过改变受限体系的几何结构、共聚物与受限体系表面的相互作用，影响共聚物的自组装过程，从而产生一些不同于体相的新颖结构。本论文采用模拟退火方法研究了嵌段共聚物在半球受限下的自组装行为。
　　在第一章中，我们对本论文研究的背景知识进行了阐述，包括对软物质共聚物的简单介绍，共聚物体相时的自组装相图，以及前人已经用实验或者理论模拟做过的嵌段共聚物受限体系下的自组装形态。并且也介绍了本论文模拟用到的模型和方法。在之后的两章中，对我们的模拟结果进行了一一阐述。
　　在第二章中，我们系统的研究了体相形成柱状相和层状相的双嵌段共聚物半球受限下的自组装形态。考察了半球的大小和半球壁的作用对形态的影响，分析了结构规律并解释了复杂形态的形成原因以及不同形态之间是如何转变的。对体相形成柱状相的双嵌段共聚物A10B2，在半球表面对长的嵌段强吸引时，发现了平行于半球上表面的多层圆环结构；对体相形成柱状相的双嵌段共聚物A9B3，同样是半球的表面对长的嵌段强吸引时，我们发现了沿径向方向的穿孔的层状相；而对于体相形成层状相的双嵌段共聚物，中性表面时发现了垂直于上表面的层状结构，表面对其中一种嵌段强吸引时，发现了沿径向的层状相，与实验结果相符合。
　　在第三章中，我们将体相形成层状相的线形三嵌段共聚物A8B8C8置于半球的纳米腔内，研究了其自组装纳米结构的变化。考察了半球的大小和球壁的作用对自组装形态的影响，总结了结构规律，并解释了复杂形态的形成原因。当半球的表面时中性时，由于三嵌段的复杂性，发现了一部分平行于上表面的层状结构和一些扭曲的层状结构；表面对 A嵌段强吸引时，发现了穿孔的结构和有突触的结构；表面对B嵌段强吸引时，发现了内层的层状结构；表面对A、C嵌段强吸引时，发现了平行于上表面的层状结构。
　　第四章中，对论文进行了一个归纳总结。

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第一章 绪论

第一节 软物质简介

第二节 软物质自组装

第三节 嵌段共聚物自组装模拟的模型和方法

第四节 论文的基本框架及选题意义

第二章 双嵌段共聚物在半球受限下的自组装研究

第一节 引言

第二节 非对称双嵌段共聚物A10B2半球受限下的自组装形态研究

第三节 非对称双嵌段共聚物A9B3在半球几何受限下的自组装研究

第四节 对称双嵌段共聚物A6B6在半球几何受限下的自组装形态

第五节 球壁与嵌段的作用力强度对形态的影响

第三章线形三嵌段共聚物A8B8C8半球受限下的自组装研究

第一节 引言

第二节 半球的两壁均为中性时的自组装行为

第三节 半球壁对嵌段A强吸引时的自组装

第四节 半球壁对嵌段B强吸引时的自组装

第五节 半球壁对嵌段A、C强吸引时的自组装

第四章 总结与展望

参考文献

致谢

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