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球状三嵌段共聚物在受限条件下的结构演化

作　者: 杨新环
导　师: 宋庆功
学　校: 河北工业大学
专　业: 理论物理
关键词: 球状三嵌段共聚物 结构演化 动态平均场密度泛函理论 计算机模拟
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 6次
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内容摘要


三嵌段共聚物在几何受限和衬底作用的情况下,能够形成多种不同于本体的有序微观结构。这对于纳米材料制备等新技术领域有指导意义。本文运用基于动态平均场密度泛函理论的软件MesoDyn,对本体为球状相的三嵌段共聚物A8B4A8的相行为进行了模拟研究。选定了使其本体形成球状相的最佳参数:嵌段A和B间的相互作用参量εAB =8 kJ/mol,压缩系数D=8。等密度值为0.2,经过系列模拟和分析计算,给出球状三嵌段共聚物A8B4A8的本体周期值约为6nm。在一维受限（薄膜）情况下,调整薄膜的厚度和衬底作用参量,对球状三嵌段共聚物A8B4A8进行了大量模拟研究,得到了多种有序微观结构。其中代表性结果有:（1）膜厚与本体周期近似匹配时,6nm≤H≤7nm,薄膜的微观结构都是一层,且H=7nm时,系统有垂直于衬底的柱状相形成;11nm≤H≤12nm,薄膜的微观结构都是两层,形成的微观结构基本相同,依次有浸润层状相、六角排列的球状相、平行于衬底的状相、穿孔层状相和层状相形成。（2）膜厚与本体周期不匹配时,H=8nm且衬底有效作用参量在εM=4kJ/mol附近,系统有垂直于衬底的柱状相形成,并且没有球状相形成;H=10nm,系统有垂直于衬底的柱状相形成,而且也有六角排列的球状相形成;H=15nm,εM=7kJ/mol系统形成上层为球状相、下层为垂直于衬底的柱状相;H=15nm,9kJ/mo≤εM≤13kJ/mol系统形成表面层为平行柱、内部为球状相。还研究了εM=5 kJ/mol,不同膜厚情况下形成稳定微观结构的动力学过程。根据模拟结果绘制出三嵌段共聚物A8B4A8薄膜的结构相图。在二维受限（圆柱）情况下,分别在较小圆管（d=15nm）和较大圆管（d=30nm）中进行模拟研究。发现衬底有效作用参量和嵌段共聚物受限空间的直径对嵌段共聚物A8B4A8圆柱表面的微观结构有重要影响。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-13
  §1-1引言  9-10
  §1-2 嵌段共聚物的自组装  10-11
    §1-2-1 嵌段共聚物在一维受限下的自组装  10-11
    §1-2-2 嵌段共聚物在二维受限下自组装  11
  §1-3 课题研究的目的和内容  11-13
第二章 模拟方法与理论  13-20
  §2-1 计算机模拟  13-17
    §2-1-1 动态平均场密度泛函法  13
    §2-1-2 介观动力学模拟  13-14
    §2-1-3 热力学理论  14-15
    §2-1-4 动力学密度泛函理论  15-17
  §2-2 模拟软件简介  17-20
    §2-2-1 工程建立  17-18
    §2-2-2 参数设置  18-20
第三章 球状三嵌段共聚物薄膜在受限条件下的结构演化  20-47
  §3-1引言  20
  §3-2 模拟参数设置  20-21
  §3-3 三嵌段共聚物 A_8B_4A_8 的本体相行为  21-26
    §3-3-1 参量（D, εAB）的确定  21
    §3-3-2 三嵌段共聚物A_8B_4A_8的本体相行为  21-26
  §3-4 薄膜厚度与本体周期近似匹配条件下的结构演化  26-31
    §3-4-1 薄膜厚度的设置  26
    §3-4-2 薄膜结构演化情况  26-30
    §3-4-3 本节小结  30-31
  §3-5 薄膜厚度与本体周期不匹配条件下的结构演化  31-33
    §3-5-1 薄膜厚度的设置  31
    §3-5-2 薄膜结构演化情况  31-33
    §3-5-3 本节小结  33
  §3-6 不同衬底情况下薄膜平均面密度随z 的变化  33-35
  §3-7 嵌段共聚物 A_8B_4A_8 薄膜的动力学过程  35-40
    §3-7-1 薄膜厚度与本体周期近似匹配条件下的动力学过程  35-38
    §3-7-2 薄膜厚度与本体周期不匹配条件下的动力学过程  38-40
    §3-7-3 本节小结  40
  §3-8 嵌段共聚物 A_8B_4A_8 薄膜结构相图  40-43
  §3-9 嵌段共聚物 A_8B_4A_8 圆柱表面结构演化探索  43-47
    §3-9-1 模拟参数设置  43
    §3-9-2 较小直径条件下嵌段共聚物A_8B_4A_8圆柱表面结构的演化  43-45
    §3-9-3 较大直径条件下嵌段共聚物A_8B_4A_8圆柱表面结构的演化  45
    §3-9-4 本节小结  45-47
第四章 结论  47-49
参考文献  49-55
致谢  55-56
攻读学位期间所取得的相关科研成果  56

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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