聚合物復雜流體的自洽場理論與非等溫相變動力學.pdf

1、聚合物復雜流體的相分離行為與相形態(tài)控制是凝聚態(tài)物理學研究中最為活躍的前沿領域之一.對聚合物體系的分相結(jié)構(gòu)和演化動力學的研究不僅能夠豐富人們關于復雜體系諸多非線性現(xiàn)象的理論認識而且有助于人們實現(xiàn)對材料形態(tài)學結(jié)構(gòu)的控制,進而從分子水平設計新型高分子材料.本文采用自洽場理論(SCFT)和Cahn-Hilliard-Cook(CHC)方程分別研究了非均相聚合物體系的平衡態(tài)自組織結(jié)構(gòu)以及二元共混聚合物的非等溫相分離動力學,主要結(jié)果如下:

2、1、建立了適用于任意拓撲結(jié)構(gòu)的支化嵌段共聚物的自洽場方程組,并將其應用于預測H型、π型以及雜臂三種類型的α,ω支化嵌段共聚物的自組織分相結(jié)構(gòu).其中H型、π型共聚物的預測結(jié)果得到了實驗的證實.模擬結(jié)果顯示H型、π型共聚物中化學組成相同的支鏈其鏈長差異將導致體積分率較大的支鏈富集于相的中心,體積分率較小的支鏈分布于相界面附近.對雜臂-α,ω共聚物而言,各組分的體積分率決定了相分離的形態(tài)與程度,而且共聚物的支化點富集于各有序相的界面處.

3、 2、針對表面接枝二分散聚合物與溶劑的混合體系建立了描述聚合物平衡態(tài)密度分布的自洽場理論.數(shù)值模擬證實了表面接枝二分散聚合物中存在內(nèi)外兩個亞分子層的實驗結(jié)論.通過將模擬結(jié)果與強分凝理論比較,討論了強分凝理論的適用范圍.在良溶劑條件下,內(nèi)分子層的密度分布只與體系的總接枝密度有關,與長鏈和短鏈的接枝密度比例無關.長鏈和短鏈的鏈段密度分布均窄于相同條件下的單分散分子鏈,并且長鏈的鏈段密度分布表現(xiàn)出一定的局域性. 3、通過CHC方程數(shù)

4、值模擬了熱誘導共混聚合物的周期性相分離,模擬證實了體系周期性的產(chǎn)生二尺度分相結(jié)構(gòu)的實驗結(jié)果.研究表明相分離過程中小尺度相周期性的產(chǎn)生然后消失,大尺度相則持續(xù)增長.共混體系的平均序參量表現(xiàn)出明顯的周期性并且受到相分離周期的影響.在相分離周期不變時,相互作用參數(shù)的振蕩幅度加大將導致體系的小尺度分相結(jié)構(gòu)愈發(fā)明顯.此外,模擬結(jié)果證實周期性相分離的后期不存在一致的標度率. 4、采用CHC方程模擬了共混聚合物的二步淬冷過程.模擬結(jié)果說明,第