刚柔高分子体系自组装胶束的自洽场模拟

刚柔高分子体系自组装胶束的自洽场模拟嵌段共聚物是由两种或两种以上的嵌段(其基元是化学性质相同的单体)通过化学键聚合而成的一类特殊高分子。

刚柔(rod-coil)高分子是其刚性分子链段具有各向异性和取向有序性的两嵌段共聚物。

具有两亲性的嵌段共聚物在溶液中可自组装形成特定的有序胶束(层状、柱状、球状、囊泡状等结构)。

由于其丰富的结构性质和诱人的应用前景,嵌段共聚物自组装胶束的研究已经成为高分子物理、化学、材料等领域的重要课题。

研究高分子自组装胶束结构性质的一个重要手段就是自洽平均场理论,其核心思想是将一个多体作用体系变成等效外场下的单体体系,将基于粒子的体系变成基于场的体系。

因此,求解高分子体系平衡态的问题就转化成求解相应自洽场方程组的数学问题。

本文的主要工作是在巨正则系综下,通过自洽场数值模拟方法,研究了刚柔高分子混合体系(rod-coil/coil)自组装胶束结构的形态转变,以及主要物理参数对临界胶束的影响。

数值结果表明,当嵌段A的体积分数增加时,胶束结构形态会发生转变。

即当f_A=0.58时,层状胶束转化为柱状胶束,当f_A=0.68时,柱状胶束会转为球状胶束。

进一步,若固定体系的高分子比例,高分子链的硬度、长程作用力以及几何非对称性参数也会对不同胶束结构转变产生影响。

当这些因素增加时,球状和柱状胶束的内核半径都会变大的,外壳厚度会减少,胶束结构会发生变化。