摘要:

由于在检测、药物输运、分子马达等领域具有广阔的应用前景,二维柔性响应Janus材料受到了广泛的关注.但遗憾的是,这些二维材料的响应形变的分子机理仍不明确.基于此,我们采用介观尺度的耗散粒子动力学模拟方法系统研究了Janus纳米片两侧接枝不同长度和不同溶剂相容性的高分子链对Janus纳米片形变的影响.我们发现由于构象熵和混合焓的共同作用,通过对接枝链长度和溶剂相容性的调整,Janus纳米片可以形成如反相包覆、信封装包覆和碗状等新奇的结构.我们的理论结果首次提供了对二维柔性Janus材料可控形变的基本认识,并预报了设计合成新型Janus纳米器件在药物和生物医学领域的潜在应用.

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通过耗散粒子动力学方法,研究了pH响应性嵌段聚合物(聚丙烯酸-聚-2-乙烯基吡啶PAA-P2VP)接枝在纳米孔内的开关效应.探讨了嵌段序列Wall-P2VP-PAA和Wall-PAA-P2VP对响应性开关效应的影响,结果表明,只有Wall-PAA-P2VP嵌段序列才能在不同的环境下形成智能响应性开关.接枝密度对智能响应性开关影响的研究表明,只有在合适的嵌段聚合物链接枝密度下,形成的孔道才能够达到智能开关效应.链长是影响智能开关膜开关效应的另一个重要因素,在链长较短的条件下,无法形成关闭的开关效应;而在链长较长的条件下则可以形成闭合的开关效应.在控制嵌段聚合物的接枝密度和链长的条件下,共聚物刷修饰的纳米膜孔在不同的pH值条件下可以实现智能膜的开关效应.对不同嵌段比对智能膜形成孔大小的影响的研究发现,随着PAA嵌段比例的增大,嵌段聚合物膜孔的大小逐渐减小,直至几乎闭合.研究结果为设计和构建有开关效应的纳米孔提供了一定的理论基础.

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采用耗散粒子动力学方法建立了以侧链长度和温度为变量的相图，计算了相关结构参数及每个液晶相对应侧链的有效体积分数，重现了实验上观察到的五边形、六边形柱状相及刚棒在层内位置的有序堆垛层状结构。研究发现，长棒状T形三组分双亲分子相图中的相序列和相结构符合相关报道，并且侧链有效体积分数fL与实验值一致。表明粗粒化模型反映了真实T形分子的主要特性，如分子的拓扑结构、排除体积效应及分相趋势、刚棒液晶基元的长径比和侧链的空间效应。证实了侧链尺寸对主/侧链非线性连接体系的自组装结构及各组成单元的位置分布的重要作用。

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利用耗散粒子动力学模拟方法研究了二维蝌蚪型嵌段共聚物的微观相分离,得到了相形貌与蝌蚪型嵌段共聚物尺寸的依赖关系.通过计算结构因子,对相图的结构进行了分析.模拟结果揭示了本体中影响蝌蚪型嵌段共聚物微观相分离的主要因素.

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利用耗散粒子动力学模拟研究了在水溶液中混合不同的线形三嵌段共聚物AxByCz和线形两嵌段共聚物AmBn对多室胶束的形貌多样性的影响.通过改变线形的三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的链长来寻找多室胶束的形成条件.由线形三嵌段共聚物和线形两嵌段共聚物的不同混合形成的多室胶束结构是多种多样的,例如“蠕虫状”胶束、“汉堡包”胶束、“球上球”胶束、“核-壳-壳”胶束等等.多室胶束的整体形貌和内部结构的控制都可以从线形三嵌段共聚物和两嵌段共聚物的二元共混得到.为了表征获得的多室胶束结构,我们计算了密度图和成对分布函数图.在此工作中,可以获得和观察到复杂的多室胶束.结果表明,简单地混合线形的三嵌段共聚物和线形的两嵌段共聚物是一个控制多室胶束形貌和结构的有效方法,在工程实验中可以更简单更经济地形成多室胶束结构.因此,在设计新的多室胶束方面,聚合物共混仍然是未来值得更加关注的一个话题.

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采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)方法研究了P123(PEO_(20)-PPO_(70)-PEO_(20))嵌段共聚物水溶液常温下的物理凝胶化行为.在体积分数(2%～10%)较低时,P123在水溶液中形成球形胶束.当P123的水溶液体积分数升高到20%时,会形成柱状胶束.在P123的水溶液体积分数为30%和40%时.观察到具有三维网络结构的凝胶.这些模拟结果不仅与实验结果一致,而且证明了耗散粒子动力学方法是一种非常适合研究物理凝胶化行为的重要方法.另外,在P123的水溶液体积分数为40%时,研究了凝胶随着时间发展的形成过程.

摘要:

利用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法研究了二维梳型嵌段共聚物的微观相分离,得到了相形貌与侧链长度及链段间相互作用的依赖关系,进一步与线型和星型嵌段共聚物微观相分离进行了对比.模拟结果揭示了本体中影响梳形嵌段共聚物微观相分离的主要因素,包括嵌段共聚物的组成、拓扑结构以及不同粒子间的排斥力.