用杂化粒子场分子动力学模拟嵌段共聚物在本体中的自组装

用杂化粒子场分子动力学模拟方法模拟大体系（约56 nm）长时间(100 μs)的嵌段共聚物在本体中的自组装, 以避免小体系的有限尺寸效应. 通过调控嵌段共聚物中的嵌段数目、 嵌段比例及嵌段间的相互作用参数, 获得两嵌段共聚物和三嵌段共聚物在本体中的自组装结构. 结果表明, 模拟结果与自洽场理论、 Monte Carlo方法、 耗散粒子动力学方法的模拟结果一致.     

两嵌段共聚物在本体中自组装的耗散粒子动力学模拟研究

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)方法研究了线形两嵌段共聚物在本体中的自组装。通过改变两嵌段共聚物之间的比例、相互作用参数以及盒子的大小来研究对自组装结构的影响。这些模拟结果不仅与理论预测和实验结果相一致,而且证明了耗散粒子动力学方法是一种非常适合研究嵌段共聚物自组装行为的重要方法。     

纳米粒子嫁接嵌段共聚物体系的自组装模拟研究

基于非格点模型,结合自洽场理论中的能量表达式,运用蒙特卡洛模拟方法对嫁接有嵌段共聚物的纳米粒子进行自组装模拟研究。每一个纳米粒子表面上嫁接有多条相同性质的AB嵌段共聚物,其中组分之间存在一定的相互作用。通过改变组分之间的相互作用来对纳米粒子-嵌段共聚物体系的自组装结构进行研究。通过模拟发现:当一个纳米粒子-嵌段共聚物体系只存在A-B组分相互排斥作用时,其纳米粒子-嵌段共聚物中的A组分与B组分相分离,若同时还存在A-A(B-B)组分相互吸引作用时,其A-A(B-B)组分会相融合。同时还发现随着纳米粒子表面上的嵌段共聚物数量的减少,其嵌段共聚物黏附在纳米粒子表面的现象越明显。还研究了两个纳米粒子-嵌段共聚物体系的自组装模拟,并对其体系受两个纳米粒子之间距离的影响进行了研究。通过上述研究模拟发现,纳米粒子-嵌段共聚物的相结构以及其"最适"稳定态受组分之间的相互作用势和纳米粒子之间的距离的影响。     

三嵌段共聚物自组装结构的分子调控

 利用耗散粒子动力学方法研究三嵌段共聚物的链构型对其在本体中自组装行为产生的影响. 通过系统调节共聚物的链构型, 得到了形态各异的嵌段共聚物相态结构, 如规则层状结构、 小尺寸相区无规堆积结构以及扭曲阶梯状结构等. 为使体系总的自由能降低, 不同链构型的嵌段共聚物会自发产生各种有序相态结构.     

双亲三嵌段共聚物在选择性稀溶液中自组装形态的模拟

用模拟退火方法模拟了BAB型双亲三嵌段共聚物在选择性稀溶液中的自组装过程.研究了溶剂和聚合物之间的相互作用对处于稀溶液中的三嵌段共聚物聚集体形态的影响.模拟结果表明随着溶剂(S段)和疏水嵌段(B段)之间的相互作用(εBS)的增加,共聚物自组装形态依次为球状、球柱混合状、囊泡状、洋葱状.     

蝌蚪型嵌段共聚物的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟方法研究了二维蝌蚪型嵌段共聚物的微观相分离,得到了相形貌与蝌蚪型嵌段共聚物尺寸的依赖关系．通过计算结构因子,对相图的结构进行了分析．模拟结果揭示了本体中影响蝌蚪型嵌段共聚物微观相分离的主要因素．     

双亲三嵌段共聚物在溶液中自组装形态的模拟

利用模拟退火方法模拟了对称的双亲三嵌段共聚物在溶液中的自组装过程．研究了溶剂和聚合物之间的相互作用对处于溶液中的三嵌段共聚物聚集体形态的影响；同时,对比了不同结构(ABA和BAB)三嵌段共聚物的自组装形态．模拟结果表明随着溶剂和疏水嵌段(B段)之间的相互作用(ε_(BS))的增加,共聚物自组装形态依次为球状、短柱状、柱状、短柱状、洋葱状．当溶剂和亲水嵌段(A段)之间的相互作用(ε_(AS))由-0．2变为0．0时,在较小的ε_(BS)值下出现上述胶束形态的转变．同时由模拟结果表明,与ABA相比,三嵌段共聚物BAB在较小的ε_(BS)值处出现上述胶束形态转变．     

线型ABC三嵌段共聚物体相结构的模拟

为了研究不同参数对线型ABC三嵌段共聚物熔体形态的影响,采用模拟退火方法,通过改变ABC三嵌段共聚物的模拟格子大小、各嵌段体积分数以及AC嵌段间的相互作用,模拟出多种三嵌段共聚物有序的体相结构,并与已有结果进行对比.研究结果表明:线型ABC三嵌段共聚物在本体中可以自组装得到层状相、层柱状相、双连通相、球状和穿孔层状相等有序结构.在对称三嵌段共聚物计算模拟中,固定嵌段总长度为24,当嵌段AC间相互作用力大小为1,嵌段B长度为5、6和9时,三嵌段共聚物分别呈双连通相、层状相和层柱状相;嵌段B的长度为8、10和12时,模拟体相结构均为层状相,且3种层状相的体相周期相差不大.在非对称三嵌段共聚物中,固定嵌段B的长度为4,当嵌段AC间的相互作用力大小为1,嵌段A的长度为9时,嵌段共聚物的模拟体相呈层中柱结构;当AC间相互作用力大小为10,嵌段A的长度取7时,嵌段共聚物的模拟体相呈穿孔层结构.     

嵌段共聚物ABA/均聚物B共混体系在选择性溶剂中自组装行为的Monte Carlo模拟

采用Monte Carlo模拟方法研究了嵌段共聚物ABA/均聚物B共混体系在选择性溶剂中的自组装行为.模拟结果表明,在保证高分子浓度一定的情况下,改变均聚物的含量对于自组装所形成的胶束形貌结构有很大影响.当均聚物含量增大到一定程度,体系最终得到大的球状胶束.     

棒/线两嵌段共聚物共混体系的自组装

运用二维格子自洽场方法,研究棒/线两嵌段共聚物共混体系的自组装.结果表明:在长/短两种嵌段体积比相等的棒/线两嵌段共聚物共混体系中,当某种共聚物的混合比较大时,观察到层状结构,层的厚度与混合比大的嵌段共聚物长度有关;在两种嵌段共聚物混合比相差较小的条件下,出现了新的自组装结构,即柱层和层与柱共存相,这两种结构未出现在棒/线内嵌段共聚物熔体体系中,它们的出现与棒/线两嵌段共聚物链构象的不对称性及共混的影响有关.     

使用自洽场理论研究嵌段共聚物受限在平行板间和球腔内的自组装行为

使用自洽场理论研究了二嵌段共聚物体系在一维平行板间和三维球腔内的自组装行为．研究表明,在三维球腔内受限状态下,体系可以形成多种介观结构,这些结构是在本体和一维或二维受限状态下不能观察到的．嵌段共聚物受限在球腔内自组装的相行为非常复杂,结构间的转变比一维平行板间受限状态下自组装结构的转变要复杂得多．     

掺杂无机性纳米粒子的嵌段聚合物体系的场理论模拟研究

自洽场理论(SCFT)是目前国内外研究纳米粒子聚合物复合材料以及聚合物材料的重要研究理论之一,基于自洽场理论对掺杂有无机性纳米粒子的AB嵌段聚合物体系进行场理论自组装模拟。对无机性纳米粒子AB嵌段聚合物体系中的纳米粒子与AB嵌段聚合物之间的相互作用势,本文引入一个势函数u(r),然后对体系进行自洽场理论分析和计算模拟。通过对纳米粒子半径、浓度对体系平衡态影响的计算模拟研究发现:当纳米粒子浓度、半径逐步增大时,其纳米粒子表面与聚合物的分布方式从层状式分布逐步过渡到发散式分布;同时还研究发现无机性纳米粒子嵌段聚合物体系中的A、B嵌段聚合物浓度对纳米粒子的分布情况无影响。综述以上的结果验证无机性纳米粒子/嵌段聚合物体系中纳米粒子的表面效应和体积效应对体系的平衡态有很大的影响。     

对称三嵌段共聚物ABA在软受限条件下的自组装行为

为了探究对称三嵌段共聚物ABA在不良溶剂中的自组装行为,采用模拟退火方法研究了共聚物的体积分数、共聚物与溶剂的相互作用以及溶液的浓度对自组装聚合体结构的影响.模拟结果表明:嵌段共聚物的体积分数以及共聚物与溶剂的相互作用共同决定了聚合体的形貌.当嵌段共聚物处于中性或弱选择性溶剂中时,对聚合体的形貌起主导作用的是嵌段共聚物的体积分数;当嵌段共聚物处于强选择性溶剂中时,嵌段共聚物与溶剂的相互作用决定了聚合体的形貌.当溶剂对共聚物的选择性足够强时,在特定的溶液浓度下,聚合体具有单螺旋状、双螺旋状和堆叠圆环状等多个简并结构.随着溶液浓度的增加,聚合体的外部形貌由椭球状过渡到近球状,内部结构的变化顺序依次为圆盘结构、螺旋结构和多重简并结构.     

两嵌段共聚物在扁长形受限空间的相行为研究

应用自洽场方法模拟计算了本体结构为柱状相的AB两嵌段共聚物在球形和扁长形三维受限空间下的自组装行为.通过改变受限空间的尺寸,系统总结了AB两嵌段共聚物在球形和扁长形受限下的相形态、自由能、构象熵和相互作用能的变化规律并做了比较研究.结果表明,在受限体系中,嵌段共聚物会呈现出多样的相形态;在球形受限中,嵌段共聚物的相形态由于在不同方向上受限程度相同而表现出较好的结构对称性;而在扁长形受限中,共聚物分子链在不同维度方向上会受到不同程度的伸展取向限制,从而其相结构的对称性会被破坏.     

基于嵌段共聚物自组装制备Janus纳米粒子的研究进展

 Janus 粒子的两面具有不同的组成或性质,在乳液稳定、药物载体、界面催化及超结构的构筑等方面有着重要应用价值。尤其是基于嵌段共聚物的Janus 纳米粒子,其两面的聚合物链通过共价键相连,结构非常稳定。由于其纳米尺度和柔性及对溶剂、温度、pH 值等外部刺激具有响应性,嵌段共聚物Janus 纳米粒子备受关注。实现嵌段共聚物Janus 纳米粒子形貌和结构可控、组成多样化及批量化制备是该研究的重点和难点。本文综述嵌段共聚物自组装制备Janus 纳米粒子的方法,比较了不同方法的特点及适用范围。     

双亲双嵌段共聚物在选择性稀溶液中自组装形态的模拟退火研究

本文利用模拟退火方法模拟了双亲双嵌共聚物在选择性溶剂中的自组装过程 .研究了溶剂和聚合物之间的相互作用对处于溶液中的双嵌段共聚物聚集体的形状和大小的影响 .同时考察了球状 -杆状胶束之间的转变机制 .模拟结果表明 ,当溶剂和疏水嵌段之间的相互作用较小时 ,聚集物的形态是球状胶束 ,而且随着相互作用的增加 ,球状胶束的聚集数增加 .当溶剂和疏水嵌段之间的相互作用增加时 ,聚集物的形态将由球状变为杆状 ,并进一步变为洋葱状     

聚乙二醇-聚己内酯的合成及其自组装纳米粒子的理化性质

以辛酸亚锡为催化剂,利用聚乙二醇单甲醚(MePEG)末端羟基开环己内酯进行聚合反应,合成了一系列具有不同聚乙二醇(PEG)链段长度和聚己内酯(PCL)链段长度的嵌段聚合物.采用1HNMR,GPC等分析手段表征共聚物的结构.利用透析的方法,两亲性嵌段共聚物PEG-b-PCL在水中自组装形成了聚合物纳米粒子.采用荧光光谱,动态激光光散射、原子力显微镜和Zeta电位仪等手段对聚合物纳米粒子的物理化学性质进行了表征,结果表明聚合物纳米粒子的物理化学性质由嵌段聚合物的组成与结构控制.     

ABC三嵌段共聚物自组装结构的研究

利用模拟退火方法研究了线性链接的ABC三嵌段共聚物熔体的自组装行为.发现所研究的ABC三嵌段共聚物可形成含有界面柱的层状结构,考察了A嵌段和C嵌段之间的相互作用对自组装形态及含有界面柱的层状结构的层周期和柱周期的影响.     

聚合物微球粒子的自组装制备

采用溶剂置换自组装方法使用聚苯乙烯和聚苯乙烯-嵌段-异戊二烯制备了两种表面结构不同的聚合物微球粒子.SEM和TEM结果表明,采用聚苯乙烯为原料得到了表面光滑的微球,采用嵌段共聚物得到了表面具有波纹结构的微球,表明这种自组装过程是一种高度有秩序的单层分子排列过程.     

两亲性嵌段共聚物自组装形成平头胶束

高度不对称的两亲性嵌段共聚物可以通过自组装形成平头胶束聚集体.文中综述了嵌段共聚物的聚合方法,嵌段共聚物平头胶束的结构、类型和制备方法,平头胶束的形成机理及对其形貌的主要影响因素.