嵌段共聚物囊泡的形成機(jī)理及其調(diào)控作用的Monte Carlo模擬研究.pdf

1、近年來,合成形態(tài)、大小及結(jié)構(gòu)可人為調(diào)控的無機(jī)材料成為現(xiàn)代材料科學(xué)的一個重要研究方向。大量的實驗結(jié)果表明,嵌段共聚物對無機(jī)晶體的結(jié)晶、生長以及由納米顆粒到各種特殊超結(jié)構(gòu)的形成過程均有獨特的影響。但是目前合成得到的材料主要還是形貌上的創(chuàng)新,對晶體生長機(jī)理及各種納米超結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理的認(rèn)識還不統(tǒng)一,計算機(jī)模擬和理論研究鮮有報導(dǎo)。
　　 本論文利用鍵長漲落Dynamic Monte Carlo方法對嵌段共聚物囊泡結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理進(jìn)行了較詳細(xì)

2、的模擬研究,同時考察了嵌段共聚物與疏水納米顆粒的共存體系。論文的研究內(nèi)容主要包括三部分:(1)兩親嵌段共聚物囊泡的形成機(jī)理研究;(2)考察形成囊泡的影響因素;(3)考察嵌段共聚物對納米顆粒聚集行為的影響。全文共分六章:
　　 第一章文獻(xiàn)綜述,主要介紹兩嵌段共聚物“平頭型”聚集體的形成及影響因素,以及嵌段共聚物在無機(jī)材料合成方面的應(yīng)用。對計算機(jī)模擬方面已得到的研究成果也進(jìn)行了簡單介紹。
　　 第二章介紹Monte Carl

3、o模擬方法的基本原理及在高分子科學(xué)中的應(yīng)用,并對本論文中所用的模型及方法進(jìn)行了說明。
　　 第三章詳細(xì)討論兩親嵌段共聚物囊泡的形成機(jī)理。兩親嵌段共聚物分子用AmBn表示,其中A鏈段疏水、B鏈段親水。在只考慮A-A鏈段之間的相互吸引作用時(εAA=-1.0),模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于(m+n)≤6的兩嵌段共聚物鏈,只有n=1的鏈結(jié)構(gòu)才能形成囊泡。對于A3B1型嵌段共聚物,在2％～15％的鏈節(jié)濃度范圍內(nèi)都可以得到單一的囊泡結(jié)構(gòu)。A鏈段組成囊

4、泡壁,B鏈段分布在囊泡的內(nèi)、外表面。通過考察囊泡的動力學(xué)形成過程,我們發(fā)現(xiàn)囊泡由板狀的膠束經(jīng)過卷曲閉合而成。該卷曲機(jī)理曾在分子動力學(xué)(MD)、耗散粒子動力學(xué)(DPD)、布朗動力學(xué)(BD)等模擬研究中觀察到,但對于格點模型,屬首次發(fā)現(xiàn)。
　　 第四章考察AmB1型嵌段共聚物囊泡的影響因素。發(fā)現(xiàn)在m≥3時,Amb1鏈都可以自組裝成囊泡結(jié)構(gòu)。濃度是影響A2B1共聚物能否形成囊泡比較關(guān)鍵的因素。對于A3B1型囊泡,隨著鏈節(jié)濃度的增加,囊

5、泡體積逐漸變大,空腔中包含的溶劑量也隨之增加。最后考察了溶劑效應(yīng),在考慮A-A之間的相互吸引條件下,同時考慮A鏈段與溶劑的排斥作用εAS。結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)εAS較小時,A3B1鏈通過板卷曲機(jī)理形成囊泡;當(dāng)εAS≥0.05時,A3B1鏈通過擴(kuò)散機(jī)理形成囊泡。而且囊泡尺寸隨著εAS的增加而減小,表明我們可以通過調(diào)節(jié)溶劑性質(zhì),來調(diào)控囊泡尺寸。通過對鏈段結(jié)構(gòu)、濃度因素和溶劑效應(yīng)的考察發(fā)現(xiàn),三者對囊泡的形成都具有明顯的影響,這與實驗方面得到的結(jié)論基本

6、符合。
　　 第五章考察A3B1嵌段共聚物對疏水納米顆粒聚集行為的調(diào)控作用。當(dāng)疏水納米顆粒單獨存在于溶劑中時,它們會聚集成一個致密的團(tuán)簇。當(dāng)嵌段共聚物與納米顆粒共同存在于溶劑中時,由于納米顆粒的疏水性、A3B1鏈的兩親性及納米顆粒與A鏈段的相互吸引作用,最終納米顆粒均分布在A3B1的囊泡壁中。對于性能不同的兩種混合納米顆粒,通過與A、B鏈段的選擇性相互作用,實現(xiàn)一種納米顆粒位于囊泡核,另一種納米顆粒位于囊泡壁。在除去A3B1嵌段