二嵌段共聚物相分离形态演变模拟研究

《二嵌段共聚物相分离形态演变模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、哈尔滨工业大学硕士学位论文二嵌段共聚物相分离形态演变模拟研究姓名：马昌友申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：王铀20050601哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高分子嵌段共聚物体系分子结构独特，这类体系在临界温度以下只能发生微观相分离，形成丰富多彩且变化多端的各种微相分离图案。近年来人们发现利用嵌段共聚物自组装图案为模板可以制备相应结构的纳米材料。基于TDGL模型的计算机模拟是理论上研究相分离的重要手段，它能给人以直观而清晰的物理图象，并能直接与实验数据进行比较。以克服单纯实验研究的盲目性。本论文采用这一模

2、型，对二嵌段共聚物体系进行了模拟研究，主要研究内容和结果如下：首先，我们借鉴向列液晶理论中描述取向有序性的序参量，引入相关长度的概念用于衡量嵌段共聚物微区的有序性，并给出相关长度的具体算法。其次，我们模拟研究了均匀温度场下嵌段共聚物形态演变。初步利用相关长度来定量衡量体系演变的宏观动力学行为。研究不同温度下嵌段共聚物微区相关长度随时间的变化。发现在相分离初期淬冷深度较深时相分离出现较早，反之则比较迟。在相分离后期，温度较高微区达到平衡所需时间相对较长，而温度较低则比较的短。模拟研究了溶剂熏蒸条件下嵌段共聚物形态演变

3、并与实验结果进行对比，非常的吻合。再次，通过四周定向冷却(非均匀温度场)条件下对两嵌段共聚物的相分离形态演变模拟，发现随着冷却边界移动的速度不同：I．对称的嵌段共聚物(产0．5)中可以形成五种截然不同的相结构，包括a)与均匀冷却相似的无规褶皱结构。我们称之为无规结构；b)类似于正方形的结构，我们称之为近正方形结构：c)年轮结构；d)高度对称的垂直柱状结构：e)45“平行层状结构；II．非对称的嵌段共聚物(f-0．4)形态演变非常复杂。噪音和淬冷深度对图样的生成有较大影响。关键词：嵌段共聚物：微相分离；TDGL方程：

4、相关长度：定向冷却堕窒鎏三些查兰三兰堡圭兰堡丝兰AbstractBlockcopolymers，macromoleculesconsistingofchemicallydifferentcontiguousblocks，throughmicrophaseseparationundercriticaltemperature，canformdiverseorderedmorphologies．Duetotheirfar·reachingversatilityanduniversalself-orderingbehavi

5、or，theyhavefascinatedresearchersformorethan30years．However．focushastransformedtohowtocontrolcopolymerdomainmorphologiesastemplatestofabricatesuitablenanomaterials．Becauseitisthefoundationofrealizingnanofabricationsasourwill．Thenumericalsimulationsbasedonadiscr

6、etizedversionoftime·dependent-Ginzburg·Landau(TDGL)equationareusefulanalysistoolsforstudyingthedynamicsofcopolymerseparationandcangainphysicalinsightintotheproblem．Andcanbecomparedwithexperimentsdirectly．Thedetailswerespecifiedasfollows：Introduceanewphysicalpa

7、rameterfromnematicliquidor37staItomeasuretheorderofmicrodomainofdiblockcopolymerandprovideanalgorithmtocalculateit．Numericallystudythemorphologyevolutionofthediblockcopolymerunderhomogenoustemperaturefield．Andmacrokineticsarequantitativelymeasuredbycorrelation

8、length．Itwasfoundthatatlowerquenchdepth，phase—separationoccursearlierthanthatofhigherquenchdepthattheearlystageofmicro—phaseseparationunderdifferentannealingtemperatures．However,at