《多嵌段共聚物的自組裝和對其形成的複雜結構的調控》是依託復旦大學，由李衛華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多嵌段共聚物的自組裝和對其形成的複雜結構的調控
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李衛華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目主要是研究複雜多嵌段共聚物的自組裝,以及對他們所形成的複雜結構的調控,產生大尺度範圍內有序的周期性結構。具體的研究內容包括以下幾個部分：
第一，研究簡單的星型三嵌段共聚物的自組裝；系統地計算各種可能的二維多邊形堆砌結構的自由能，給出相應的相圖。
第二，研究多嵌段共聚物的自組裝；主要對A(BC)nBA和A(BC)nB進行研究，找出各種嵌套雙周期結構，計算他們的相圖。
第三，研究各種結構在大尺度範圍內有序化的調控。結合最新實驗中所使用的調控方法- - 襯底誘導自組裝，定量地給出結構調控的規律。前面兩部分內容的研究是開展第三部分內容研究的基礎。
主要的研究手段為自恰平均場理論，在解自恰場方程中，結合使用改進的譜方法、分步傅立葉方法和高精度的四階差分方法。對第三部分內容，也從動力學角度進行研究，使用Kawakatsu發展的混合動態密度泛函理論研究大尺度範圍內嵌段共聚物在各種襯底調控下的相分離動力學過程。
結題摘要
本項目主要是運用自洽平均場理論（Self-consistent field theory, SCFT）和含時Ginzburg-Landau理論(time-dependent Ginzburgy-Landau theory, TDGL)模擬分別研究了多種ABC三嵌段共聚物的自組裝和稀疏襯底圖案誘導下嵌段共聚物自組裝的動力學。主要獲得了以下幾個研究成果。
（1）計算了ABC線性三嵌段共聚物在“受挫”相互作用參數下自組裝的相圖，理論預測了不同六角超柱結構的穩定性，包括穩定的“雙/三螺旋在柱上”、 “球在柱上”和“穿孔層在柱上”，以及亞穩態的“三/四直柱在柱上”、“環在柱上”和“單螺旋在柱上”。此外，針對實驗研究的PS-PEB-PMMA三嵌段共聚物，計算了knitting-pattern穩定存在的相區域。
（2）研究了形成嵌套雙周期結構的A(BC)nBA’線性多嵌段共聚物，當兩個尾鏈A和 A’長度相同時，該嵌段共聚物成為了對稱的A(BC)nBA；而當一個尾鏈的長度為零時，它成為了不對稱的A(BC)nB。我們的計算結果揭示了A(BC)nBA’中組分、相互作用參數等對“層中有層”相結構中薄層數的調控，以及A(BC)nB中相互作用參數對平行層和垂直層的相對穩定性的影響。
（3）使用TDGL模擬研究了周期性稀疏襯底圖案和六邊形受限調控下嵌段共聚物相分離動力學。
我們的研究結果表明，當分相過程為失穩分相，由於有序化時間很長，這兩種誘導方案的誘導效率都非常有限。基於該原因，我們提出了將成核分相和圖案誘導相結合的新方案，並且在均聚物和嵌段共聚物共混體系中實現了理想的成核分相（成核率非常低），從而實現了高誘導效率的新方案（誘導效率提高了數倍）。
