發(fā)布時間：2017-03-29 23:24

  本文關(guān)鍵詞：不同拓撲結(jié)構(gòu)的兩親性嵌段共聚物在溶液中自組裝的理論模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：兩親性嵌段共聚物在選擇性溶劑中可以自組裝形成各種不同形態(tài)的聚集體,包括球形膠束、棒狀膠束、盤狀膠束以及囊泡等。與小分子聚集體相比,共聚物具有更高的力學和物理性能,因此形成的聚集體具有更高的穩(wěn)定性和耐久性。近年來,共聚物在溶液中的自組裝引起了人們的廣泛關(guān)注,是當前嵌段共聚物領(lǐng)域的前沿研究方向之一。它們在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值,例如生物醫(yī)藥、生物材料、微電子、光電材料和催化劑等。同時,納米粒子與嵌段共聚物的組裝雜化體也是大家關(guān)注的研究熱點。納米粒子和嵌段共聚物組裝可以形成各種結(jié)構(gòu)的雜化體,雜化體不但具有各個組分固有的性質(zhì),而且能夠產(chǎn)生新的性質(zhì),可以應(yīng)用于示蹤材料、光電子納米器件以及化學傳感器等。精確控制納米粒子在不同形態(tài)的聚集體中的分布將影響聚集體的性質(zhì)及其潛在的應(yīng)用,因而具有非常重要的理論意義和實際意義。本論文運用耗散粒子動力學模擬方法研究了不同拓撲結(jié)構(gòu)的兩親性嵌段共聚物在選擇性溶劑中的自組裝,包括溫敏性多嵌段共聚物、類表面活性劑型共聚物以及兩嵌段共聚物接枝納米粒子的自組裝行為。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：溫敏性多嵌段共聚物在溶液中自組裝形成囊泡及其動力學的研究。通過改變溫度,模擬發(fā)現(xiàn)囊泡是通過成核增長的機理自發(fā)形成的。在溫度較高的時候,首先形成球形膠束；隨著溫度的降低,球形膠束中心出現(xiàn)空腔；隨著溫度的進一步降低,囊泡的空腔逐漸增大,而囊泡壁逐漸變薄。以上模擬結(jié)果與實驗中觀察的現(xiàn)象是完全一致的。通過改變溫度和疏水鏈段的長度,得到了兩者之間的關(guān)系相圖。相圖中大部分區(qū)域都形成熱力學穩(wěn)定的囊泡結(jié)構(gòu),即囊泡可以在很大的參數(shù)范圍內(nèi)形成。然后,我們重點研究了囊泡及空腔大小與親疏水性鏈段的長度的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)具有較短疏水性鏈段或較高親水性的嵌段聚合物更容易形成具有較大空腔和較薄囊泡壁的囊泡；而具有較長親水性鏈段的聚合物形成具有較小空腔和體積較大的囊泡。同時,親水鏈段的長度也會影響囊泡形成機理。當親水鏈段較短時,囊泡以成核增長的機理形成；而親水鏈段增長時,以雙層膜閉合的機理形成。類表面活性劑型共聚物在選擇性溶劑中自組裝相行為的研究。我們的模型基于實驗研究中的PS-APOSS和PS-AC60兩親性共聚物,它們具有一個親水性的頭部基團,與之連接一條或多條疏水鏈。通過改變疏水鏈段的長度、親水粒子的大小以及疏水鏈段的數(shù)量,發(fā)現(xiàn)它們可以自組裝形成一系列復(fù)雜形態(tài),包括球形、柱狀、囊泡、盤狀、蛹狀、分段柱狀、分層球狀以及大復(fù)合膠束。研究發(fā)現(xiàn)當親水粒子半徑較小時,此類聚合物表現(xiàn)出兩嵌段共聚物的相行為；而當親水粒子半徑較大時,親水粒子表現(xiàn)出一定的疏水性。更重要的是,盡管蛹狀和分層柱狀膠束在以前的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn),但是它們都是由三嵌段或雜臂星形共聚物自組裝得到的。到目前為止,我們首次用類表面活性劑型共聚物組裝得到了分層柱狀結(jié)構(gòu)的膠束。同時,我們還考察了囊泡、蛹狀膠束和分層柱狀膠束的動力學形成過程。囊泡是通過雙層膜彎曲閉合形成的；而蛹狀和分層柱狀膠束的形成過程分為三個階段,包括聚集、融合和生長、調(diào)整。通過對這些特殊形態(tài)膠束的動力學形成過程的研究,有助于我們揭示聚集體形成的真正原因,更好的理解類表面活性劑型共聚物的自組裝行為。嵌段共聚物接枝納米粒子在稀溶液中的自組裝及納米粒子在膠束中的選擇性定位。通過改變納米粒子和嵌段共聚物的相互作用參數(shù)、接枝聚合物數(shù)量以及疏水鏈段的長度,聚合物可以組裝形成不同形態(tài)的聚集體,包括球形膠束、囊泡、盤狀膠束以及棒狀膠束。更重要的是納米粒子可以選擇性的位于聚集體中的不同區(qū)域。當嵌段共聚物和納米粒子的相互作用參數(shù)aPA=aPB=25時,納米粒子均勻分布在球形膠束中；隨著aPA或aPB的增大,納米粒子逐漸與嵌段共聚物分離、聚集,最后位于囊泡壁、盤狀膠束和柱狀膠束的中心區(qū)域。隨著接枝鏈段數(shù)量的增多和疏水鏈段的增長,納米粒子在膠束中可以形成納米線、納米環(huán)以及納米團簇。此外,隨著aPA或aPB的增大,嵌段共聚物鏈段的伸展度也逐漸增大,而當聚集體形態(tài)從球形變?yōu)楸P狀最后變?yōu)橹鶢顣r,疏水鏈段的伸展度逐漸減小。我們還利用自由能理論定性的解釋了聚集體形態(tài)的轉(zhuǎn)變。疏水核的界面自由能(EInterface)和堆積自由能(ECore)主要控制聚集體的形態(tài),促使形態(tài)從球形變?yōu)楸P狀然后再轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢睢?br/> 【關(guān)鍵詞】：耗散粒子動力學 兩親性嵌段共聚物 納米粒子 自組裝 形態(tài)轉(zhuǎn)變 囊泡 形成機理 表面活性劑
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O631.2
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• abstract7-14
• 第一章 緒論14-56
• 1.1 高分子嵌段共聚物的自組裝15-31
• 1.1.1 嵌段共聚物在本體中的自組裝16-18
• 1.1.2 嵌段共聚物在溶液中的自組裝18-31
• 1.1.2.1 自組裝膠束的形態(tài)20-22
• 1.1.2.2 膠束形態(tài)轉(zhuǎn)變與堆積參數(shù)22-25
• 1.1.2.3 嵌段共聚物自組裝的理論模擬研究25-31
• 1.2 納米粒子與嵌段共聚物的共組裝31-37
• 1.2.1 納米粒子在膠束中的定位33-37
• 1.2.2 納米粒子與嵌段共聚物共組裝的模擬研究37
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容和意義37-40
• 參考文獻40-56
• 第二章 模擬方法與理論基礎(chǔ)56-70
• 2.1 場論模擬方法56
• 2.2 粒子化模擬方法56-65
• 2.2.1 分子動力學方法56-57
• 2.2.2 布朗動力學模擬方法57
• 2.2.3 蒙特卡洛模擬方法57-58
• 2.2.4 耗散粒子動力學方法58-65
• 2.2.4.1 耗散粒子動力學方法的發(fā)展概述58-59
• 2.2.4.2 基本原理59-62
• 2.2.4.3 積分算法62-63
• 2.2.4.4 周期性邊界條件與最小鏡像63-65
• 參考文獻65-70
• 第三章 溫敏性多嵌段共聚物在溶液中的自組裝及囊泡結(jié)構(gòu)性質(zhì)70-94
• 3.1 前言70-71
• 3.2 模型與模擬條件71-72
• 3.3 結(jié)果和討論72-89
• 3.3.1 溫度對囊泡形成的影響72-79
• 3.3.1.1 模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的對比72-76
• 3.3.1.2 溫度和疏水鏈段長度對聚集體形態(tài)的影響76-79
• 3.3.2 囊泡的結(jié)構(gòu)性質(zhì)79-84
• 3.3.2.1 疏水性鏈段長度的影響79-81
• 3.3.2.2 親水性鏈段長度的影響81-84
• 3.3.2.3 膠束中分子鏈的堆積模式84
• 3.3.3 囊泡形成的動力學過程84-89
• 3.3.3.1 親水鏈段長度對囊泡形成機理的影響85-87
• 3.3.3.2 疏水鏈段長度對囊泡形成機理的影響87-89
• 3.4 本章小結(jié)89-90
• 參考文獻90-94
• 第四章 類表面活性劑型共聚物在溶液中的自組裝94-114
• 4.1 前言94-95
• 4.2 模型與模擬條件95-97
• 4.3 結(jié)果和討論97-108
• 4.3.1 模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的對比97-99
• 4.3.2 H-T_n型共聚物的形態(tài)相圖99-101
• 4.3.3 親水粒子大小對聚集體形態(tài)的影響101-104
• 4.3.4 幾種特殊形態(tài)聚集體的形成過程104-107
• 4.3.5 疏水鏈段數(shù)量對膠束形態(tài)的影響107-108
• 4.4 本章小結(jié)108-110
• 參考文獻110-114
• 第五章 嵌段共聚物接枝納米粒子在溶液中的自組裝及納米粒子的選擇性定位114-136
• 5.1 前言114-116
• 5.2 模型與模擬條件116-117
• 5.3 結(jié)果和討論117-130
• 5.3.1 聚集體的形態(tài)相圖117-119
• 5.3.2 納米粒子在膠束中的選擇性定位119-122
• 5.3.2.1 納米粒子和嵌段共聚物相互作用的影響119-121
• 5.3.2.2 聚合物接枝數(shù)量和疏水鏈段長度的影響121-122
• 5.3.3 膠束中鏈段的堆積模式122-124
• 5.3.4 聚合物鏈段的伸展度124-128
• 5.3.5 膠束形態(tài)轉(zhuǎn)變的理論分析128-130
• 5.4 本章小結(jié)130-131
• 參考文獻131-136
• 第六章 總結(jié)和展望136-140
• 6.1 論文總結(jié)136-137
• 6.1.1 溫敏性多嵌段共聚物的自組裝136
• 6.1.2 類表面活性劑型共聚物的自組裝136-137
• 6.1.3 嵌段共聚物接枝納米粒子的自組裝137
• 6.2 論文的創(chuàng)新點137-138
• 6.3 展望138-140
• 攻讀博士學位期間科研成果140-142
• 致謝142-143

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 唐林;宋穎;李冬梅;馬曉燕;;嵌段共聚物自組裝的研究進展[J];高分子通報;2011年03期

  本文關(guān)鍵詞：不同拓撲結(jié)構(gòu)的兩親性嵌段共聚物在溶液中自組裝的理論模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：275694