聚合物/纳米棒体系的非平衡态动力学研究

聚合物/纳米棒材料在有机/无机混合型太阳电池中有着广泛的应用前景。当纳米棒在聚合物材料中有序排列时能有效提高器件的光电效率，因此，在纳米尺度上控制纳米棒在聚合物基体中的取向、分布等规律成为提高纳米复合材料光电性能的关键。本项目拟采用介观模拟方法研究聚合物/纳米棒体系在稳态、振荡剪切场等非平衡态条件下的自组装及其动力学过程，尤其观察在剪切场，聚合物的相分离，及不同溶剂环境等共同诱导下的纳米棒相行为。一方面，采用耗散粒子动力学方法(DPD)研究剪切场对嵌段共聚物/纳米棒共混体、刚柔(rod-coil)嵌段共聚物等聚合物/纳米棒体系自组装的诱导作用；另一方面，采用DPD结合多粒子碰撞动力学方法研究剪切场对溶剂环境下的刚柔嵌段共聚物体系自组装的影响。研究成果将有助于对聚合物/纳米棒材料在非平衡态下各种有序相结构的预测，并揭示纳米棒的取向与分布规律，为高性能光电材料的设计与制备提供有意义的理论指导。

本项目采用耗散粒子动力学模拟（DPD）作为主要的研究方法，首先研究了聚合物/纳米棒共混体系在稳态剪切场、振荡剪切场等非平衡态条件下的自组装行为，并观察了剪切场诱导下的聚合物/纳米棒共混体系的微相结构及其动力学过程，纳米棒在聚合物基体中的相行为、以及体系的流变学性质。其次研究了刚柔嵌段共聚物分别在不同分子拓扑结构、掺入均聚物，以及选择性溶剂下的自组装相行为，观察到了棒嵌段的不同排列方式，均聚物诱导的有序-液晶相转变，以及囊泡相、带状相、桶状相等各种丰富的结构。研究成果将有助于对聚合物/纳米棒材料在非平衡态下各种有序相结构的预测，并揭示纳米棒的取向与分布规律；同时向体系中掺入均聚物不仅可以诱导有序-液晶相转变，还可以控制相区尺寸，这些研究结果为高性能光电材料的设计与制备提供有意义的理论指导。该项目的实施内容基本按照原计划书中执行，并按期完成了计划中的承诺成果。项目资助期间共发表与该项目相关的SCI论文10余篇。