含刚性链的嵌段共聚物及共混体系的结构转变和调控

Block copolymers containing rigid block have received abiding attention due to potential applications and fundamental research values. However, so far quite a few important problems related to block copolymers containing rigid block have not been clarified. In this project, the self-assembly for the systems of containing block copolymers with rigid block is studied using self-consistent field theory of lattice model. It is investigated, respectively, how microphase separation is affected by chain architecture and excluded interaction between different blocks, blends of polymers, attractive interaction between nonend segments for different components of polymer, and noncovalent interaction of chain end. The effects of chain rigidity on compatibility and self-assembly structures are revealed, the mechanisms of the effects of the above four factors on ordered structures are analysed, the methods which control the symmetry and periodic properties of self-assembly structures are explored. The accomplishment of this project will offer the directions for studying especial photoelectric materials, the preparations and applications of polymer/fibre complex materials.

含有刚性链嵌段共聚物的自组装因为具有基础研究价值和突出的应用前景而得到了持久了关注，但到目前为止，与含有刚性链嵌段共聚物相关的很多重要问题还有待解决。本项目拟利用格子自洽场方法在三维空间研究含刚性嵌段的嵌段共聚物及含其共混体系的自组装行为，分别探讨高分子链结构和嵌段间排斥相互作用、聚合物混合、聚合物不同组分间吸引作用、以及高分子链端非共价键作用对微相分离的影响，揭示刚性链如何改变体系相容性和自组装结构，分析不同因素对有序结构影响的机制，探寻改变和调控自组装结构对称性和周期特征的方法。这一项目的完成将为特殊光电子材料、高分子/纤维复合材料的制备提供方向和理论指导。

尽管含刚性嵌段的嵌段共聚物的自组装行为具有很大的学术价值和很好的应用前景，但是该领域的一些重要问题还有待解决。本项目利用格子自洽场方法研究了棒/线嵌段共聚物熔体和嵌段共聚物选择性溶液体系的相行为，得到了以下重要结果：分子链结构的不对称性对线/棒/线ABC三嵌段共聚物熔体体系自组装产生显著影响，在中等棒嵌段比例，而且各组分间对称的相互作用增加的条件下，线嵌段比例的改变致使体系出现了完全相反的相转变，并分析其物理机制；研究了组分间不对称相互作用下的线/线/棒ABC三嵌段共聚物熔体系统的相行为。除了组分间对称作用条件下的自组装结构，还发现了新的稳定结构，包括球和穿孔层杂混结构、三色zigzag层状结构和zigzag螺旋杂混结构，并首次发现了含刚性嵌段的嵌段共聚物体系中的非对称层状结构和非受限条件下的简并行为，同时还分析了上述现象的内在物理机制；研究了完全柔性嵌段共聚物在选择性溶液中胶束聚集行为，发现了胶束平衡态动理行为与胶束化动力学过程之间的相似性，并提出了平衡态胶束生长的机制；研究了含刚性嵌段的嵌段共聚物选择性溶液体系的单体/胶束转变的影响，由于刚性嵌段的存在低浓度和高浓度体系都出现了胶束结构的重构现象，结合自组装协同性原理从微观角度给出了系统性质的作用机制。