两嵌段共聚物薄膜在锯齿状基板上的自组装

发布时间：2020-02-06 08:53

【摘要】：嵌段共聚物,是指两种或两种以上性质不同的聚合物链段通过共价键连接在一起制备而成的一种特殊聚合物,由于单体种类、拓扑结构和嵌段组成等因素的多样性,使得此类共聚物发生微相分离时易形成纳米尺度的有序结构,且形态丰富,进而引起了研究人员的广泛关注。近些年,发展一些具有特殊化学或物理图案的基板诱导嵌段共聚物的自组装也成为了研究热点。本论文以高斯链模型为出发点,将实空间的自洽场方法应用于研究线型两嵌段共聚物薄膜在锯齿状基板上的自组装以及基板对特定形态间的有序-有序相转变行为的影响。通过构造范围宽广的基板横向周期与嵌段共聚物膜厚的二维形态相图,我们不仅证实了厚度较薄的膜诱导形成垂直于基板取向的相结构的事实,同时还在厚度较厚的时候观察到一些新颖的多级结构,例如基板周期较小时,会形成上层柱状相的取向与下层柱状相的取向相互正交的双层柱状,并且可以在很宽的膜厚范围内稳定存在。然后,我们通过对某些固定基板周期下特定形态间的有序-有序相转变行为进行详细的分析,进而阐述了构象熵对于过渡形态形成的重要性。紧接着,我们又考虑了基板与嵌段共聚物之间的相互作用对这种有序-有序相转变行为的影响。发现当这种相互作用表现为强烈的排斥时,过渡形态易形成球状与柱状结合的杂化结构,而当其表现为强烈的吸引时,易形成双层平行于基板x方向的柱状结构。最后,我们还发现基板固有的倾斜角越大,越容易诱导共聚物薄膜形成球状与柱状结合的杂化结构。通过与基板的横向周期对比,我们发现了生成这种杂化结构的临界起始膜厚值约为1.10Rg0。很显然,我们利用锯齿状基板能有效调控两嵌段共聚物的诱导自组装以及有序-有序相转变行为。
【图文】：

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同时还区分了相畴的分层（Ｌａｙｅｒ），邋及不同层间的细微差别（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ），逡逑并构造了嵌段组分（即／）和嵌段共聚物膜厚（即Ｗ）之间的二维相图，详细结逡逑果如图１．３所示：逡逑＊邋篇Ｓ邋＇＾２邋＾逡逑＇Ｃ逦，Ｌ逦ＯＪ逦０．４逦０．６逦０．８逡逑巧＊々吟呼相、_N逡逑图１．３线型ＡＢ两嵌段共聚物在两个相同界面受限下（对嵌段Ｂ吸引）的自组装形态的逡逑密度等值面图。其中，用红色表示的为Ａ组分，用绿色表示的巧Ｂ组分２＂。逡逑Ｆｉｇｕｉ＇ｅ邋１３邋Ｄｅｎｓｉｔｙ邋ｉｓｏｓｕｒ拉ｃｅ邋ｐｌｏｔｓ邋ｏｆ邋化Ｉｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄ邋ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ邋ｆｂｒｍｅｄ邋ｂｙ邋ＡＢ邋ｄ化ｌｏｃｋ逡逑ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ邋ｃｏｎｆｉｎｅｄ邋ｉｎ邋ｔｗｏ邋ｉｄｅｎｔｉｃａｌ邋ｓｕｒｆａｃｅｓ邋ｗｉ化邋ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ邋ｉｎ１：ｅｉ＊ａｃｔｉｏｎｓ邋ｔ；ｏ邋Ｂ邋ｂｌｏｃｋ．邋Ａｍｏｎｇ逡逑化ｅｍ，邋Ｉｈｅ邋ｉｓｏｓｕｒｆａｃｅｓ邋ｏｆ邋化ｅ邋Ａ邋ｃｏｍｐｏ打ｅｎｔ邋ａｒｅ邋ｐｌｏｔｔｅｄ邋ｉｎ邋ｒｅｄ邋ｃｏｌｏｒ，邋ａｎｄ邋ｏｌ：ｈｅｒｗｉｓｅ，ｌ；ｈｅ逡逑ｉｓｏｓｕｒｆａｃｅｓ邋ｏｆ邋ｌ；ｈｅ邋Ｂ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ邋ａｒｅ邋ｐｌｏｔｔｅｄ邋ｉｎ邋ｇｒｅｅｎ邋ｃｏｌｏｒ．逡逑很显然，在这些形态中，既有取向垂直于（Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ）基板的，也有取逡逑向平行（Ｐａｒａｌｌｅｌ）于基板的；既有单层（Ｓｉｎｇｌｅ邋Ｌａｙｅｒ）的相畴，也有双层（Ｂｉｌａｙｅｒ）逡逑的相畴；然而，并未出现具有正交取向或Ｈ层（或Ｗ上）的相畴。面对这类问题，逡逑早些时候麻州大学的Ｔｈｏｍａｓ邋Ｐ．民ｕｓｓｅｌｌ课题组就曾设计了一种新型的基板Ｍ’ｓｉ

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应用范围甚至可＾文扩展到对高分子等复杂流体非平衡性质的研究领域ｓｅ。逡逑一般来说，，选用基于场的（Ｆｉｅｌｄ－Ｂａｓｅｄ）高分子模拟方法计算高分子等复杂逡逑流体的平衡性质，大致可Ｗ分成下ａ？ｄ四个步骤进行，具体如图２．１所示：逡逑ａ．建立适当的基于粒子的模型；逡逑ｂｔ将甚于粒子的模型转化成场论；逡逑Ｃ．对模拟区域进巧离散化处理；逡逑ｄ．对离散化的场论进行数值抽样；逡逑《ｆ逦．‘Ｉ今慧辟逡逑粒子模型逦场论转换逦离散化处理逡逑图２．１基于场的高分子模拟方法示意图。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｉｅｌｄ邋ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋ｐｏｌｙｍｅｒ．逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O631;TB383.2

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