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高分子体系中的非均相结构对于制备高性能材料和功能性材料具有特别重要的意义。从理论上对这些结构进行研究,不但有助于对高分子物理的理解,而且也能为生产实践提供有益的指导。在本论文中,我们针对几种典型的非均相高分子体系:二嵌段共聚物溶液、受限均聚物溶液和接枝聚合物系统,从理论上进行了研究,具体内容有:
(1)采用自洽平均场理论研究二嵌段共聚物溶液的自组装行为,通过考查各种可能形成的有序结构的稳定性,得到了系统的相图。本文的工作主要针对选择性溶剂的情形,计算结果表明,随着溶剂的加入,系统会发生一系列的结构转变。特别是,当组成高度不对称的共聚物处于强选择性溶剂中时,会形成层状结构与柱状结构共存的状态,这与实验上的观测相符。此外,也观察到了由溶剂选择性的变化导致的“反转”面心立方结构与“反转”体心立方结构之间的转变;计算结果显示,共聚物与溶剂之间的相互作用对这类转变有重要作用。
(2)从理论上研究受限于两个同心圆柱形边界之间的均聚物溶液的相行为。对于中性内壁的情况,由高斯涨落理论得到的spinodal点与受限条件无关,这是体系存在自由维度的结果;而动力学分析表明,系统中的涨落模式通常具有沿着圆柱轴向的平面波分量,这会导致一种周期状浓度分布的形成。另一方面,系统的平衡态结构通过求解自洽场方程得到。通过改变内壁的性质,观察到了相分离与浸润现象之间的耦合。特别地,我们的结果可以为理解串晶结构的形成机制提供一些线索。
(3)采用自洽平均场理论研究接枝于平面基板上的聚合物系统。这里主要处理化学接枝的情况,因此对各接枝点的三维坐标均做了限制。通过在三维空间求解自洽场方程可以得到体系的平衡结构。计算结果表明,系统在各接枝点附近具有较强的不均匀性,而远离接枝点的区域的性质与接枝密度的大小有关。通过调整接枝密度,观察到了由“蘑菇”结构向高分子刷的转变。在高接枝密度下,高分子刷高度与接枝密度呈良好的标度关系,标度指数约为0.62。