良溶剂择优亲和性构建超越嵌段共聚物化学组成的相结构

抓住客观存在但长期被忽略的两嵌段共聚物良溶剂体系中，各组分与溶剂的相互作用χAS和χBS并不相等的事实，即良溶剂具有择优亲和性，择优亲和χ值小、择优疏远χ值大的嵌段组成，受软物质的弱影响强响应特征的启发，利用χAS和χBS虽不相等但差别也不大的微弱择优亲和性，开展方法简单可靠、条件温和可控、研究对象普通常见的构建超越嵌段共聚物化学组成，即不受化学组成限制的新有序结构及形貌。采用混合溶剂蒸汽压梯度管的实验方法，调配蒸汽压尽可能一致的溶剂混合比例、PS-b-PMMA和PS-b-PB嵌段共聚物各段分子量和总体分子量、嵌段共聚物薄膜样品位于蒸汽压梯度管的高度和放置时间等因素，从实验上确定构建超越所研究嵌段共聚物化学组成获得多重相结构的条件范围，同时结合计算模拟得到更广泛和连贯的结果，探讨良溶剂择优亲和性构建相结构的普适性或局限性，掌握相结构形成的底线、规律和成因。

本项目利用良溶剂中溶剂和链段之间的相互作用参数并不相等但差别很小的事实，即良溶剂的择优亲和性，采用可控溶剂蒸汽压退火的方法系统的研究了溶剂择优亲和性和溶剂蒸汽压对嵌段共聚物薄膜相行为的影响，发现随着溶剂蒸汽压的升高，出现了保持旋涂初始结构、打破初始结构和形成新结构三个不同阶段，随着溶剂择优亲和性对含量少的组分越来越强，我们得到了一系列不受化学组成限制的新有序结构及形貌，并绘制了溶剂择优亲和性-溶剂蒸汽压相图。此外，结合计算机模拟采用自洽平均场理论，我们研究了AB两嵌段共聚物在择优亲和性溶剂中的相行为及机理，模拟结果表明形成反转相的条件与嵌段共聚物相分离程度的乘积、溶剂择优亲和性和溶剂分子的尺寸有关。通过分析和讨论体系中焓和熵对反转相形成的影响，我们发现两者在反转相的形成中均占重要角色，増加溶剂分子的体积，可以增加溶剂熵的变化，使得反转相形成的区间有了大幅度的增大，为实验上制备新的相结构提供了一个有效的方法。