《表面取向效應誘導高分子鏈構象轉變問題的理論計算》是依託北京航空航天大學，由蔣瀅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：表面取向效應誘導高分子鏈構象轉變問題的理論計算
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：蔣瀅
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高分子與表面的相互作用是高分子研究領域中的重要問題，同時也與聚合物納米複合材料、薄膜材料、光電功能材料等實際套用體系直接關聯，因此在理論研究和實際套用中都具有重要意義。由於實際的高分子鏈大多具有一定的剛性，使得高分子與表面之間產生各向異性相互作用，從而導致高分子鏈的構象統計行為將受到表面曲率作用的顯著影響，而以往被理論研究所廣泛採用的柔性高斯鏈模型無法對此重要物理機制進行正確描述。本課題計畫採用基於蠕蟲狀鏈模型的自洽平均場方法系統研究高分子與表面的相互作用，包括高分子與粒子外表面的吸附-耗盡現象、高分子在粒子表面上的自組裝和高分子受限體系，重點研究在考慮高分子鏈構象轉變以及鏈段之間存在取向相互作用下，由表面取向效應誘導高分子發生的諸多相變問題。預計研究結果將會為研究高分子納米複合材料以及相關生物體系提供清晰全面的理論圖景和依據，同時，也將對今後相關體系的理論研究提供參考與幫助。
結題摘要
本課題主要研究高分子與表界面相互作用的物理機制，重點關注表界面的取向誘導作用對高分子鏈構象轉變對聚合物體系自組裝微觀結構形成的影響。圍繞這一研究主題，我們採用基於蠕蟲狀鏈模型的自洽場理論方法針對短鏈嵌段共聚物體系的相分離以及半剛性聚合物自組裝微結構形成的微觀物理機理展開研究，研究表明高分子鏈構象受表界面的影響顯著，而這一作用對於短鏈聚合物體系尤為明顯，其與鏈段體積效應的耦合物理機制，不僅可以調控微結構的尺寸，同時對其熱力學穩定性起著決定性作用，是對聚合物自組裝微結構調控的重要物理手段。在研究剛柔多嵌段共聚物自組裝體系時，我們發現表界面可以通過誘導剛性嵌段取向有序排列，最終對嵌段共聚物自組裝微相結構實現間接調控。另外，我們採用基於昂薩格原理的變分理論方法對表界面對聚合物微結構形成的動力學路徑調控展開研究。我們研究不同尺寸聚合物膠體粒子在溶液蒸發情況下，最終依據膠體粒子的幾何尺寸自發形成分層現象，該體系中隨著溶液蒸發導致的液面（下降）變化導致了最終聚合物膠體粒子的分層自組裝，這部分研究成功解釋了蒸發驅動下大小膠體粒子的反常分層現象，首次繪製了蒸發驅動的非平衡狀態圖。我們將理論模型套用到聚合物膠體粒子定向冷凍條件下的自發分層機理的研究，通過調節冷凍界面的下降速度，研究其對具有取向型膠體粒子定向排列的影響。通過進一步修改物理模型，我們也研究了片狀石墨烯溶液在預浸潤表面中的定向輸運從而製備超大面積薄膜的物理機制。我們的研究明確表明，表界面的取向誘導作用對於聚合物自組裝微結構的動力學形成路徑以及熱力學穩定性的影響至關重要，是實現對其人為調控的有效物理手段，通過對其物理作用機制的深入研究，不僅對於高分子物理的理論研究具有重要研究意義，同時，該研究也為嵌段共聚物平板印刷術、高分子液晶薄膜和光電功能材料等重要表界面體系的實驗研究提供有力的理論依據。項目執行期間共發表SCI論文17篇，其中第一/通訊作者發表SCI論文13篇，其中包括Phys. Rev. Lett. 1篇，Advanced Materials 2篇，Soft Matter 2篇，J. Chem. Phys. 2篇，Langmuir 1篇， Phys. Rev. E 1篇等。
