三维受限下嵌段共聚物自组装及其与金纳米粒子共组装的研究

发布时间：2019-07-17 10:06

【摘要】：嵌段共聚物在溶液中的自组装可以得到各种各样的纳米结构，例如球状、棒状、囊泡、洋葱状等。这些纳米结构在医药、生物、电子和催化剂等领域存在潜在的应用，因此嵌段共聚物的自组装在近几十年得到广泛的研究。纳米粒子在纳米受限几何空间可以形成更广泛的结构，因此，许多研究也开始关注纳米粒子在嵌段共聚物中的选择性分布。 本文结合相关文献研究了三维受限条件下四种嵌段共聚物的自组装。在本工作中我们所用的方法是乳液挥发法，所得胶束形貌具有明显的相分离结构。我们研究了嵌段组成、表面活性剂（PVA）等影响因素对这四种嵌段共聚物组装结构的影响，，得到如下结论：（1）由于聚乙烯醇（PVA）与PS、P4VP表面都有相互作用，PVA作为表面活性剂能调节PS、P4VP界面能，可改变嵌段共聚物的胶束形貌和内部结构。（2）PVA浓度不变的情况下，嵌段共聚物的种类，嵌段组成对胶束形貌也有影响。 本文还研究了PS9800-b-P4VP10000，PS35000-b-P4VP2700与金纳米粒子在三维受限条件下的共组装。我们探讨了熵效应与焓效应对金纳米粒子在嵌段共聚物中分布位置的影响。通常情况下，纳米粒子进入聚合物基体中会导致明显的熵效应和焓效应。其中，焓效应主要取决于纳米粒子表面配体与聚合物基体之间的相容性。熵效应主要取决于纳米粒子的平移熵和基体聚合物链的构象熵。当纳米粒子进入聚合物基体中会占据聚合物链的位置，导致聚合物链绕过纳米粒子重新排布，从而造成构象熵损失。纳米粒子尺寸越大，则构象熵损失越大。实验中我们用PS和P4VP修饰金纳米粒子，已将焓排斥作用降到最低。因此在嵌段共聚物与金纳米粒子的共组装中我们主要考虑熵排斥作用。通过实验我们看到，1.7nm的金纳米粒子能均匀分布在聚合物基体中，而3.5nm的金纳米粒子倾向于分布在聚合物基体的一端来补偿聚合物中引入纳米粒子引起的熵损失，降低体系自由能，使聚合物胶束形貌稳定存在。
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图片说明： 1.1 (a)AB 型两嵌段共聚物在本体中的平衡态形貌：S 和 S’是体心立方球体 和 C’是六角圆柱形，G 和 G’是双连续螺旋结构，L 是片状。(b)平均场理测的 AB 两嵌段的理论相图，依赖于嵌段的体积分数（f）和隔离参数 N。异戊二烯-聚苯乙烯共聚物的实验过程的图像，fA代表聚异戊二烯的体积分数PL 是穿孔薄片。ig. 1.1 (a) Equilibrium morphologies of AB diblock copolymers in bulk: S and Sbody-centered-cubic spheres, C and C’ = hexagonally packed cylinders, G and G’icontinuous gyroids, and L = lamellae. (b) Theoretical phase diagram of AB diblocredicted by the selfconsistent mean-field theory, depending on volume fraction (f)the blocks and the segregation parameter, wN, where w is the Flory Hugginsegment segment interaction energy and N is the degree of polymerization; CPS aCPS’= closely packed spheres. (c) Experimental phase portrait of
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图片说明： 图 1.2 两亲性嵌段共聚物 PSm-b-PAAn各种形貌的透射电镜图片和原理图。m 和n 分别代表 PS 和 PAA 的聚合度。原理图中红色代表疏水嵌段 PS，蓝色代表亲水嵌段 PAA。HHHs：六角空心环。LCMs：大型复合胶束。Fig. 1.2 Transmission electron microscopy (TEM) micrographs and correspondingschematic diagrams of various morphologies formed from amphiphilic PSm-b-PAAncopolymers. Note: m and n denote the degrees of polymerization of PS and PAA,respectively. In the schematic diagrams, red represents hydrophobic PS parts, whileblue denotes hydrophilic PAA segments. HHHs: hexagonally packed hollow hoops;LCMs: large compound micelles.嵌段共聚物自组装得到的胶束形貌可以应用于各个领域，因而备受人们关注。特别地，自组装的纳米结构可以用于纳米模板合成半导体，引导形貌和尺寸均可控的金属纳米粒子沉积，进一步控制纳米粒子在一维到三维的空间分布。其
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O631

【共引文献】

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本文编号：2515418