球状三嵌段共聚物在平面薄膜间的自组装

采用动态密度泛函理论(DDFT)对ABA型球状三嵌段共聚物在平板间的相行为进行了模拟研究。考查了不同强度的表面诱导对三嵌段共聚物自组装的影响。通过逐渐增大衬底作用,发现了多种偏离于本体的新结构,如浸润层相、平行柱状相、穿孔层相、层状相。发现浸润层相存在的表面场范围与短链的熵效应密切相关,同时熵效应的大小则依赖于长短链段的长度之比。在很多实际存在的嵌段共聚物中,如果在适当的实验条件下,应可以观察到模拟计算所预言的相结构。

球状嵌段共聚物在方柱中的自组装

采用动态密度泛函理论,对本体为球状相的嵌段共聚物受限于方柱中的相行为进行了模拟研究。考察了在不同受限空间和不同表面场下嵌段共聚物的相转变。许多新颖的不同于本体的有序结构被发现,如浸润相、单排球、双螺旋球、四角排列的柱、方筒层、圆筒层、波浪层等。讨论和比较了相应的结果,这些有趣的相结构对新材料的制备提供了帮助。

快中子辐照CZ-Si的FTIR分析

应用FTIR技术研究了不同剂量(1×1017～1.17×1019n/cm2)快中子辐照直拉硅(CZ-Si)的辐照缺陷和间隙氧在不同温度热处理时的行为.发现随辐照剂量的增加未退火的样品的间隙氧含量迅速下降,并且间隙氧的下降明显分为3个阶段.FTIR谱表明快中子辐照后主要的辐照缺陷为VO(829 cm-1)复合体.在低温条件下热处理300℃829cm-1(VO)开始消失并出现了825 cm-1(V2O2)、833cm-1(V3O2)、和840cm-1(V2O)和919cm-1(I2O2)四个红外吸收峰,退火温度升高到500℃后只剩下了825cm-1和919cm-1两个缺陷-杂质复合体的红外吸收峰.高温1100℃0.5h辐照引入的缺陷-杂质复合体很快的被消除.延长退火时间辐照样品和未辐照样品的间隙氧沉淀速度有很大的不同.

柱状两嵌段共聚物在纳米碗中的自组装

采用动态密度泛函理论,对本体为柱状相的两嵌段共聚物受限于纳米碗中的相行为进行了模拟研究。考察了纳米碗大小和表面作用强度对自组装纳米结构的影响。通过逐渐增大纳米碗直径和衬底相互作用,一方面再现了两嵌段共聚物受限于硅纳米碗实验中出现的纳米结构(单球结构、圆环与中心球结构、六角排列的球结构),另一方面,对碗状受限空间和表面诱导可能出现的新结构进行了预言。此外,利用序参量对自组装过程的物理机制进行了分析。

三嵌段聚电解质水溶液在圆柱受限空间内的相行为

聚电解质是一种典型的软物质,兼具聚合物与电解质的双重特征,在药物输送、燃料电池膜、纳米涂覆等方面的应用有着广泛的应用前景。不同于中性高分子,聚电解质在相分离过程中必须考虑长程的静电相互作用。基于平均场动态密度泛函理论,并采用局域电中性条件处理静电相互作用,对浓度不同的三嵌段聚电解质的水溶液进行了模拟计算。通过改变聚电解质浓度,一些典型的相结构,如层状相、双连续相、六角柱状相、球形胶束等被获得。为了研究聚电解质溶液在受限空间内的相行为,将不同浓度的聚电解质溶液放入圆孔内进行模拟。结果表明,当嵌段的电量发生改变,体系能够形成堆叠的圆盘、单螺旋、有洞的层状相等有序微观结构。此外,随着嵌段的电量增加,受限空间内得到的有序结构逐渐被破坏,最终消失。通过定义疏水嵌段的序参量,确定了各浓度聚电解质溶液体系的有序-无序转变临界电量。本工作得到的一些结果将对新型纳米材料的研究工作具有一定的指导意义。

球状三嵌段共聚物在圆柱型受限空间的自组装

运用平均场动态密度泛函理论,对球状三嵌段共聚物在圆柱型受限空间的相行为进行了模拟研究。模拟结果表明:在不同的受限空间和表面场中,体系能够形成环绕表面的堆叠圆环、竖直的柱状相、有洞的层状相和同轴的层状相等不同于本体的有序微观结构。另外,新的序参量被定义,较好地反映了嵌段共聚物微观相分离的程度及相变情况。研究结果对实验制备新型高分子纳米材料提供了帮助。