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(jià)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(wèn)題和隨機(jī)性問(wèn)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(shì)、共混體系的組成比例、組分元數(shù)等參數(shù)對(duì)體系有序相分離的影響。通過(guò)比較不同表面場(chǎng)對(duì)共混體系相分離的影響，我們發(fā)現(xiàn):在薄膜厚度較小時(shí)，表面場(chǎng)對(duì)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(duì)稱(chēng)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(guò)統(tǒng)計(jì)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(duì)稱(chēng)嵌段共聚物A12B12所形成的層狀微相中分散而不會(huì)引起嵌段共聚物體系微相的轉(zhuǎn)變。此情況下隨著納米