多重重叠相转变及其在聚烯烃合金中的应用

近年来，由于市场对塑料的性能要求增高、需求量也增大的原因，同时受到石油供应短缺及环境保护的压力，聚烯烃合金的开发显得越来越重要。聚烯烃合金材料依靠分相及结晶的双重相转变来调控其介观结构与宏观性能，其多相多组分的热力学、动力学以及多重重叠相转变就成为了能够控制这类材料结构/性能的最核心科技，这些问题的解决也是要真正了解这些在非平衡或亚平衡态使用的材料的必要知识基础。.通过前期工作，我们对两相两组分聚烯烃共混物的分相与结晶间的相互作用有了较深入的研究。发现了液液相分离的自发分相可导致体系在亚稳区成核、结晶，提出了"涨落诱导结晶"的唯象机制。在本项目中，我们会进一步利用正/反空间的表征手段来深入研究在不同分相情况下，浓度涨落的特征及其与分相/结晶成核的因果关系；并通过理论/计算/模拟方法来研究序参量之间的关系及变化，进一步研究两种相转变间的关系与相互作用，并以相场方法来研究它们与流体力学的耦合。

本项目围绕浓度涨落、旋节分相与生长、成核、序参量跨越的物理原因及理论解析等关键科学问题，理论计算与实验相结合，将多重相转变的复杂行为解构为相转变之间的相互作用开展了深入细致的研究。培养博士17人，发表SCI论文45篇；参加大型国际国内学术会议，做邀请报告15余次；研究成果获得国际国内同行的广泛认可，增强了研究单位相关领域的影响力；举办联合讨论班，定期进行学术交流，促进了实验和理论的发展及国际国内交流与合作。.设计了多种聚烯烃合金体系，正/反空间表征手段相结合进行研究。证明了单组分初级成核的涨落诱导成核机理；建立了流动场下过渡态的串晶形成机理。浓度涨落诱导成核与结晶机制在所研究的结晶/非晶、结晶/结晶体系中具有普适性，回答了在结晶诱导期密度涨落对结晶成核影响的物理本质，理论进一步发展。在各个尺度上研究了相分离与结晶的相互作用，首先形成的结晶/分相形貌控制了随后相转变时分子的动力学行为，决定了终态形貌。复合催化剂一步法成功制备了性能优异的聚烯烃釜内合金，并应用以上研究成果，有效调节了合金材料的介观结构和宏观性能。.早期相转变研究在动力学不对称体系中获得首创性发展。研究了粘弹相分离的初期动力学，首次报道了深度过冷产生的同心交替结构及形成机理。获得多样化形貌，逐步揭示了结晶与相分离的竞争机理。调节不同相转变的程度，加深了对浓度涨落、旋节分相与生长、成核的认识。探讨了热力学驱动力和动力学过程竞争下不同的浓度增长模式，为多重重叠相转变的深入研究提供了重要契机，并可推广到更复杂体系。.理论计算/模拟与实验相结合，有序相变成核理论得到很大发展。通过弦方法和Ginzburg-Landau、Landau-Brazovskii、Cahn-Hilliard、自洽场等模型以及Fourier基函数的应用，设计了有序相变成核计算方法、成核概率的数值算法及渐进公式，求得最可能的成核路径，实现了GAD方法精确求解鞍点。发现并可预测有序相之间的多种取向匹配关系，建立了界面模型。得到了核的大小、形状，能量势垒和不同的成核路径。误差估计和色散修正应用于非均匀、有相关性体系，初值选取和高效数值法相结合，提高了计算精度和实效。建立了有效发现新相的平台，得到嵌段共聚物含三维结构的相图。刚性、半刚性体系的研究对于结晶研究有借鉴意义，为深入研究实际复杂体系打下基础。