非对称线棒线ABA三嵌段共聚物自组装的自洽场研究.pdfVIP

第30卷 第2期 计 算 物 理 Vo1．30．NO．2 2013年 3月 CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONALPHYSICS Mar．。2013 文章编号 ：1001-246X(2013)02-0251-05 非对称线棒线 ABA三嵌段共聚物 自组装的自洽场研究 王 彪 ， 李云飞 ， 韩向刚 (1．辽宁科技大学理学院，辽宁 鞍山 114051； 2．沈 阳工业大学辽阳校区基础部 ，辽宁 辽 阳 111003； 3．内蒙古科 技大学数理与生物工程学院 ，内蒙古 包头 014010) 摘 要 ：利用 自洽场方法在三维空间模拟计算非对称型线／棒 ／线 ABA三嵌段共聚物的 自组装 ．在线棒嵌段体积 比 例相等的条件下 ，改变两端的线嵌段体积 比例，观察到层状 、螺旋状、条状和柱状结构．相分离相互作用参数随着一 侧线嵌段体积 比例增加而逐渐增大 ，并且当一侧线体积分数为 0．05时，相行为最为丰富．随着相互作用参数增大， 层状、螺旋和层状结构依次出现 ，这与相应的线／棒二嵌段共聚物是不 同的；层状、螺旋、条状和柱状结构的出现与 相应 的对称线／棒 ／线三嵌段共聚物的 自组装行为也不 同． 关键词 ：自洽场 ；共 聚物 ；自组装 ；相分离 中图分类号 ：0631．1 文献标识码 ：A 0 引言 嵌段共聚物材料 由于具有优异的电磁、光学等性能，在生物制药、纳米材料和仿生传感等方面应用广泛 而备受关注．最近报道的双亲基线棒嵌段共聚物合成的C。经掺杂在高品质能源、超导性能等方面显示 出巨 大的潜在应用前景…．线／棒嵌段共聚物由于刚性和柔性嵌段共存 的特性 ，其 自组装相行为异常丰富．在过 去的二十多年里，观察到了多种共聚物的 自组装结构 ，如层状 、柱状、胶粒 、z字形、条状、螺旋等结构 I4．实 验和理论上已报道了线／棒／线三嵌段共聚物 的自组装相行为 ，观察到层状、柱状、螺旋 、类球状结构 ．在 线棒 比例相同的条件下，线／棒两嵌段与线／棒／线三嵌段聚合物其 自组装结构、相图性质有很大差异，如 = 0．5两嵌段 自组装为螺旋和层状结构；三嵌段则为柱状和类球状结构．相分离临界点由两嵌段 的 =0．5 变化到三嵌段的 。=0．6[3,53，表明线棒嵌段 比例及分布都会影响聚合物的结构及性质．本文通过 自洽平均 场方法 I9模拟线棒 比例相等情况下非对称型线／棒／线 ABA三嵌段共聚物的 自组装相行为，该理论研究并 未见文献报道．观察到 比较丰富的相行为 ，当两端棒嵌段分布不对称性最高的情况下相行为表现尤为突出． 1 理论部分 本文沿用 Flory—Huggins格子模型，利用泛函积分表示系统的配分函数 ，采用鞍点近似求解系统的 自由 能 ．为使系统能尽快地演化到平衡态附近 ，采取二步弛豫法进行计算 ，也就是第一步计算时不考虑格点 (链段)局域相互作用 ，使系统较快地演化到平衡态附近 ，然后考虑局域相互作用使系统逐渐演化到真实的 平衡态 ． 假设每条高分子链 由Ⅳ 个 A单体和Ⅳ 个 B单体组成 ，高分子链聚合度 N=N +ⅣB，共有n条高分子 链 ，所有链段尺寸相同，每个链段 占据一个格点，整个格子均被链段 占据．格点总数 Ⅳ¨因此有 N。．=nN，系 统的配分函数可表示为 n N rr ． z “ )(11珥 aJ,；s-~J．,s-)exp(一 )， () 收稿 日期 ：2012—07—10；修回 日期 ：2012—10—24 基