耦合化学反应相分离中的图样生成与选择

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1、复旦大学博士学位论文耦合化学反应相分离中的图样生成与选择姓名：童朝晖申请学位级别：博士专业：高分子化学与物理指导教师：杨玉良20030401复[t人学博十论文耦合化学反应相分离中的幽样生成与选择启动前的相区尺寸和由化学反应速常数决定的层状相内在尺寸的不一致。本章还研究了三元共混物由化学反应引起的反应两相在相图中沿着平行反应两相对应的一边，从一相向另一相的逾越，指出其可能会产生有趣的动力学控制的定态相形态。2)研究了偶合界面化学反应的三元共混物相分离动力学和反应动力学。本研究中正向化学反应产物c相当于反应共混物中生成的嵌段共聚物，而嵌段共聚物能降低相界面张

2、力，稳定互不相溶的两相。本章着重研究了固定相区尺寸以及相尺寸随反应一同演化这两种不同情况。模拟表明在固定相尺寸条件下，C组分的iF均体积分数无论是存可逆反应还是在不可逆反应情况下，都不受反应速率常数人小的影ll『q，是一扩散控制过程，这与反应麸混理论和实验研究基本一致。对于相区增长演化和可逆化学反应同时进行的情况，由于界面上生成的C组分降低桐界面张力，相分离驱力学逐渐降低，相区增长最终停止。3)研究了有流体力学相互作用的偶合非线性化学反应的相分离动力学和反应动力学。在ModelH模型中的连续性方程中。扩散流的形式采用了严格的数学变换，没有象通常的那样将F

3、lory—Huggins自由能用双曲函数或Landau自由能形式代替。我们着重研究了A+B寻主2B和A+2B寻毫3B两种非线性化学反应。线性化分析表明在此类自催化反应中，存在一特定的截断波长，相分离最终被抑制，仅出现微观相分离。我们仔细研究了初始态A，B两组分体积分数相等且正逆反应速率常数相等的情形。模拟表明，反应物A的定态平均浓度随着反应速率常数的减小而逐渐增加，最终达到一定态值。同时模拟发现，高阶自催化反应中的A组分定态平均浓度，在相同速率常数下，高于低阶自催化反应中A组分的定态平均浓度。定念A组分的平均体积分数偏离初始态体积分数对相图案的生成与选择

4、有很大影响。在较高反应速率常数时，对于低阶自催化反应，由于A组分平均体积分数只是稍微偏离初始态，最终相分离形态与层状相结构很相似。而在此反应速率常数下，对于高阶自催化反应，由于A组分平均体积分数偏离更大，最终相分离形念中A组分为连续相．而B组分为分散在连续相中的球状相。4)研究偶合化学反应的A／B两元相分离体系在开放边界条件下的相分离动力学和化学反应动力学。通过固定模拟体系的边界上两组分的体积分数，A组分始终为l，而B组分体积为零，来实现体系与外界的物质交换。在开放边界条件下复．17．人学博士论文耦合化学反应相分离中的图样生成与选择的体系，同样存在一特定

5、化学反应速率常数，在此特定速率常数以下，体系相形态呈微观相分离。对于开放边界条件体系，模拟发现还存在另一较小的特定化反应速率常数。在此速率常数以下，由于化学反应的作用跟不上边界上物质交换，已经微观相分离的体系随着时间的演化，相分离最终被边界上物质交换所湮灭。整个体系全部被A充满，而B组分消失。5)重新探讨两种对于偶合化学的相分离的不同学术观点。一种是远离平衡态相互独立假设，这正是我们采用TDGL方程中的化学反应和相分离非平衡态热力学相互独立的假设。从唯象观点来看，它不失为一种可行和合理的方法。另一种观点认为相分离热力学和化学反应热力学是相互偶合的，并认为

6、推动相分离进行的化学势梯度也是推动化学反应进行的化学亲合势。但是第二种观点在理论推导中存在一些不正确之处。其中最重要的是化学势的定义和表达形式是不正确的。我们重新进行了理论推导，发现我们理论推导得出线性化分析结果与该观点中的结果有极大差别。发观点中的四剃·不稳定性情况在我们的结果中没有出现。我们的线性化分析结果表明偶合化学反应的相分离体系的不稳定性很复杂，取决于反应类型，均匀定态值，相互作用参数以及化学反应迟豫时间的相对大小。我们最重要的发现是，在无旋节相分离的情况下，化学反应是不能导致时空图案的出现的。IJI复q人学博十论文耦合化学反应相分离中的幽样生

7、成与选抒Ph．DDissertation砌D．Candidate：Chaohui而粥Supervisor：Pr西Yuliang№ngDepartmentofMacromolecularScienceFudanUniversityPatternFormation&SelectioninPhaseSeparationCoupledwithChemicaIReactionABS删CrThephaseseparationofpolymerblendsand／orblockcopolymersisoneoftheimportanttopicsinpolymerco

8、ndensedmatterphysics．Thephaseseparationo