雙溶劑高分子溶液的monte carlo研究

《雙溶劑高分子溶液的monte carlo研究》是依託南開大學，由王錚擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雙溶劑高分子溶液的monte carlo研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王錚
• 依託單位：南開大學

中文摘要

在選擇性溶劑中，嵌段共聚物能夠自組裝形成各種形態的膠束，如球形，柱形以及囊泡。在諸如藥物載體，醫命醫學，生命科學，微電子等領域具有巨大的潛在套用價值。本項目以雙溶劑高分子溶液為研究對象，採用基於格點模型的並行回火蒙特卡羅模擬方法進行研究。觀察雙溶劑條件下嵌段共聚物膠束結構的形成過程，計算溶劑－溶劑、單體－單體、溶劑－單體接觸對等對勢得到系統能量構成，量化其中的競爭關係。進而分析混合溶劑的含量，構成以及對不同嵌段的選擇性作用等因素對膠束形成的影響。歸納不同膠束結構之間的轉變規律，實現溶劑對膠束形成影響的量化研究，以期完善膠束的形成機理，使之適用於更為複雜的體系。由於並行回火方法與生俱來的並行特性，十分適合日益普及的多核計算環境，是對現有模擬程式算法的有益補充。項目的研究成果與相關實驗和理論相互驗證，為促進新型功能材料的設計和研究提供科學依據。

結題摘要

嵌段共聚物是由具有不同化學性質的單體組成的兩條或多條線形均聚物高分子鏈通過共價鍵連線而成的一類特殊高分子。在實驗中，共聚物溶與共溶劑和選擇性溶劑形成高分子溶液。共聚物可以自組裝形成不同的聚集體或膠束結構，如球形，柱形以及囊泡。以發表的相關理論和計算機模擬研究多集中於單一溶劑模型。忽略了溶劑構成對共聚物自組裝的影響，有些實驗信息無法反應，關於膠束形成物理機制的相關理論有待進一步完善。本項目利用蒙特卡羅模擬方法研究雙溶劑環境下嵌段共聚物的膠束結構形成。計算溶劑－溶劑、單體－單體、溶劑－單體接觸對等“對勢”得到系統能量構成，量化其中的競爭關係。初步構建了基於共聚物濃度與選擇性溶劑的膠束相圖。發現了兩種不同形成囊泡的初始結構，片狀（sheet）形貌和籠型（cage）形貌。不同的初始結構與溶液中共聚物含量有關。並分析了在確定溶劑作用前提下，共聚物濃度和選擇性溶劑含量對囊泡（vesicle）大小的影響。在此基礎上，初步研究了溶劑作用力對共聚物膠束形貌的影響。研究結果有助於對膠束形成機制的理解，並為新型功能材料的設計和研究提供參考。