【作者】 王英英； 韩媛媛； 姜伟； 孙迎春；

【Author】 Yingying Wang;Yuanyuan Han;Wei Jiang;Yingchun Sun;State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry,Changchun Institute of Applied Chemistry,Chinese Academy of Sciences;School of Physics,Northeast Normal University;

【机构】 中国科学院长春应用化学研究所,高分子物理与化学国家重点实验室； 东北师范大学；

【摘要】 近期有关两嵌段共聚物在受限条件下自组装行为的研究受到了人们的广泛关注[1]。其中,有关嵌段共聚物在圆柱形二维受限空间中自组装行为的研究尤为引人注意[2]。李宝会教授研究组采用Monte Carlo模拟方法系统地研究了受限尺度以及受限边界与嵌段共聚物间的相互作用对非对称以及对称两嵌段共聚物在圆柱形受限空间中自组装行为的影响,得到了一系列形貌各异的微相分离结构[3]。他们的模拟结果表明受限尺度与嵌段共聚物本体结构周期之间的匹配性是决定体系形貌结构的主要因素。另一方面,有关嵌段共聚物/无机纳米粒子(BCP/NP)复合材料的自组装行为在近期也引起了人们的广泛关注。由于无机纳米粒子的引入使得BCP/NP复合材料具有独特的热、磁、光等物理性质。近期,Kalra等人采用PS-PI与磁性粒子的共混物在圆柱形孔道中自组装得到了磁性粒子分散在PI相区中的有序结构[4]。随后,Park等人采用分子动力学模拟方法研究了类似体系在圆柱形受限空间中的自组装行为,模拟结果表明纳米粒子的加入将改变体系原有的有序结构[5]。虽然以上研究使人们对BCP/NP复合物在圆柱形受限条件下的自组装行为有了一定认识,但对于纳米粒子浓度等因素对BCP/NP复合物结构的影响还不十分了解。因此,我们采用Monte Carlo模拟方法研究纳米粒子浓度、受限尺寸以及纳米粒子的选择性对A15B5/NP复合物在圆柱形受限空间中的自组装行为的影响。模拟结果表明纳米粒子浓度与受限孔道半径对A15B5/NP复合物的自组装形貌均有影响。当受限孔道半径较小(R=10)并且体系中纳米粒子含量为0时,少组分嵌段B能够在受限空间中形成单螺旋结构(Fig.1a)。当加入纳米粒子后并且纳米粒子与少组分具有相同性质时,随着纳米粒子浓度的增加,纳米粒子与B嵌段共聚物所组成的相区会发生由单螺旋(Fig.1b)向双螺旋(Fig.1c)直至多个平行于受限尺度的圆柱形结构(Fig.1d)。当纳米粒子与多组分具有相同性质时,随着纳米粒子浓度的增加体系将会发生有双螺旋(Fig.1e)向双螺旋与单螺旋共存(Fig.1f)直至平行层状结构(Fig.1g)。当受限孔道半径较大(R=14)并且体系中纳米粒子含量为0时,少组分嵌段B能够在受限空间中形成双螺旋环绕中心柱状结构(Fig.2a)。加入与少组分具有相同性质时纳米粒子后,随着纳米粒子浓度的增加,体系中少组分所形成的螺旋相消失,纳米粒子与B嵌段将形成平行于孔道轴相的圆柱形相区(Fig.2c),继续增加纳米粒子的含量,圆柱形相区将会弯曲变形(Fig.2d)。当纳米粒子与多组分性质相同时,随着纳米粒子浓度的增加体系中的螺旋相同样会消失,B嵌段将形成平行于孔道轴向的圆柱形相区(Fig.2f),圆柱形相区的个数会随着纳米粒子浓度的增加而减少(Fig.2g)。更多还原

【Abstract】 The self-assembly of A15B5/NP complex under cylindrical confinement has been investigated using Monte Carlo simulation.The simulative results showed that the concentration of NPs and pore radius can both affect the self-assembly morphologies.When the pore radius is small(R=10),the minor blocks B form a single helix when the density of NPs is zero.When adding the NPs that has the same characteristic with blocks B,the morphology is changed from single helix to double helix and then to multiple cylinders with increasing the NPs density in the complex(dNP).When the NPs has the same characteristic with blocks A,the morphology transforms to the structure thatdouble and single helix coexisting with increasing dNP.Further increasing dNP,the morphology turns to be multiple lamellas.In addition,when the pore radius is increased to 14,the minor blocks B form the structure with double helix surrounding with one cylinder when dNP=0.When adding NPs with the same characteristic with blocks B,the helix disappears and the B blocks/NPs form multiple cylinders,and then the cylinders will bend with further increasing dNP.When adding NPs with the same characteristic with blocks A,the helix will also disappear and blocks B will form multiple cylinders,and the number of cylinders will decrease with increasing dNP.更多还原