多嵌段共聚物的自组装和对其形成的复杂结构的调控

批准号：

20974026

项目类别：

面上项目

资助金额：

34.0 万元

负责人：

李卫华

依托单位：

复旦大学

学科分类：

生命与公共安全分析

结题年份：

2012

批准年份：

2009

项目状态：

已结题

项目参与者：

徐玉赐、张国杰、戴玉霞

关键词：

混合动态密度泛函理论嵌套双周期结构自恰平均场理论多嵌段共聚物分步傅立叶方法

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要

本项目主要是研究复杂多嵌段共聚物的自组装,以及对他们所形成的复杂结构的调控,产生大尺度范围内有序的周期性结构。具体的研究内容包括以下几个部分：第一，研究简单的星型三嵌段共聚物的自组装；系统地计算各种可能的二维多边形堆砌结构的自由能，给出相应的相图。第二，研究多嵌段共聚物的自组装；主要对A(BC)nBA和A(BC)nB进行研究，找出各种嵌套双周期结构，计算他们的相图。第三，研究各种结构在大尺度范围内有序化的调控。结合最新实验中所使用的调控方法- - 衬底诱导自组装，定量地给出结构调控的规律。前面两部分内容的研究是开展第三部分内容研究的基础。主要的研究手段为自恰平均场理论，在解自恰场方程中，结合使用改进的谱方法、分步傅立叶方法和高精度的四阶差分方法。对第三部分内容，也从动力学角度进行研究，使用Kawakatsu发展的混合动态密度泛函理论研究大尺度范围内嵌段共聚物在各种衬底调控下的相分离动力学过程。

英文摘要

本项目主要是运用自洽平均场理论（Self-consistent field theory, SCFT）和含时Ginzburg-Landau理论(time-dependent Ginzburgy-Landau theory, TDGL)模拟分别研究了多种ABC三嵌段共聚物的自组装和稀疏衬底图案诱导下嵌段共聚物自组装的动力学。主要获得了以下几个研究成果。（1）计算了ABC线性三嵌段共聚物在“受挫”相互作用参数下自组装的相图，理论预测了不同六角超柱结构的稳定性，包括稳定的“双/三螺旋在柱上”、 “球在柱上”和“穿孔层在柱上”，以及亚稳态的“三/四直柱在柱上”、“环在柱上”和“单螺旋在柱上”。此外，针对实验研究的PS-PEB-PMMA三嵌段共聚物，计算了knitting-pattern稳定存在的相区域。（2）研究了形成嵌套双周期结构的A(BC)nBA’线性多嵌段共聚物，当两个尾链A和 A’长度相同时，该嵌段共聚物成为了对称的A(BC)nBA；而当一个尾链的长度为零时，它成为了不对称的A(BC)nB。我们的计算结果揭示了A(BC)nBA’中组分、相互作用参数等对“层中有层”相结构中薄层数的调控，以及A(BC)nB中相互作用参数对平行层和垂直层的相对稳定性的影响。（3）使用TDGL模拟研究了周期性稀疏衬底图案和六边形受限调控下嵌段共聚物相分离动力学。我们的研究结果表明，当分相过程为失稳分相，由于有序化时间很长，这两种诱导方案的诱导效率都非常有限。基于该原因，我们提出了将成核分相和图案诱导相结合的新方案，并且在均聚物和嵌段共聚物共混体系中实现了理想的成核分相（成核率非常低），从而实现了高诱导效率的新方案（诱导效率提高了数倍）。

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