可压缩嵌段共聚物熔体相行为的自洽场理论研究

摘要

由于嵌段共聚物可以自组装形成纳米尺度的周期结构，无论在实验上还是在理论上都引起广泛关注。其中两嵌段共聚物是理解嵌段共聚物相行为最简单的模型，它能够形成稳定的层状相、柱状相、球状相以及双连通相。在众多研究理论中，自洽场理论是研究聚合物体系相行为的有效理论方法，它把多体问题转化成单体问题来处理。基于粗粒化模型，自洽场理论能够方便地考察聚合物链结构，给出链的构象信息，特别适合研究嵌段共聚物体系平衡态的相行为。本文利用自洽场理论对双嵌段共聚物体系的相行为进行了研究。主要内容如下：
　　 第一章中对聚合物体系和自洽场理论的框架进行了介绍。
　　 第二章在高斯链模型的基础上，详细推导了一套自洽场方程组。自洽场理论依赖于数值计算，并且由于倒空间方法能方便的表征体系的对称性，因此我们利用此方法精确计算了当XN=16时的双嵌段共聚物熔体体系的平均场相图，计算结果和Matsen早期的计算结果相符。
　　 第三章研究了受限于纳米球内的双嵌段共聚物熔体的相行为及其界面性质。首先在高斯链模型基础上推导了一组受限体系在球坐标系下的平均场方程。为了降低数值计算的复杂程度，加快计算的速度，我们通过比较优选最佳算法及采用并行计算，得到了同心球层结构每一层厚度随孔径的变化。其结果可与用蒙特卡洛模拟得到的结果进行比较。
　　 第四章研究了可压条件下双嵌段共聚物熔体的相行为。引入N/K来表示可压缩参数，首先分别精确计算了一维情况下当N/K=5和N/K=50时体系自由能随XN的变化曲线；随后，计算了三维情况下当N/K不同时，各个介观相的相区随fA的改变，证明了当N/K趋于无穷大时，体系相图趋向于不可压缩条件下的结果。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

第一节 软物质简介

1.1.1 软物质的特性

1.1.2 软物质的应用及研究

第二节 高分子聚合物及其自组装

1.2.1 聚合物简介

1.2.2 嵌段共聚物简介

1.2.3 嵌段共聚物的自组装

第三节 自洽场理论概述

第四节 本论文的框架

第二章 不可压缩条件下AB-双嵌段熔体的自洽平均场理论

第一节 引言

第二节 不可压缩的AB-双嵌段共聚物的自洽平均场理论

2.2.1 参量介绍

2.2.2 AB双嵌段共聚物链的配分函数

2.2.3 单链配分函数和传播子

2.2.4 平均场近似和自洽方程组的建立

2.2.5 计算结果

第三章 在球坐标系下研究双嵌段共聚物的受限自组装

第一节 引言

第二节 模型及理论基础

第三节 受限条件的应用

第四节 计算方法

第五节 模拟结果和相图分析

第六节 连接点和末端分布函数

第七节 小结

第四章 可压缩条件下双嵌段共聚物的理论研究

第一节 场论及SCF方程

第二节 扩散方程的求解

4.2.1 赝谱方法

4.2.2 显隐格式

第三节 SCF方程的解法

4.3.1 变量的减小和随机相近似

4.3.2 隐格式和功能的最优化

第四节 计算流程及结果

4.4.1 计算流程

4.4.2 计算结果及讨论

第五章 总结

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果