三嵌段共聚物自组装结构的分子调控

三嵌段共聚物自组装结构的分子调控

陈 弢， 刘 鸿， 吕中元

（吉林大学 理论化学研究所， 理论化学计算国家重点实验室， 长春 130021）

摘要：利用耗散粒子动力学方法研究三嵌段共聚物的链构型对其在本体中自组装行为产生的

影响。通过系统调节共聚物的链构型，得到了形态各异的嵌段共聚物相态结构，如规则层状

结构、小尺寸相区无规堆积结构以及扭曲阶梯状结构等。为使体系总的自由能降低，不同链

构型的嵌段共聚物会自发产生各种有序相态结构。

关键词： 三嵌段共聚物； 自组装； 耗散粒子动力学

中图分类号： O631

文献标志码： A

文章编号： 1671-5489（2012）04-0798-07

Molecular Control of Self-assembly Structure of Triblock Copolymers

第 50 卷 第 4 期 吉 林 大 学 学 报 （理 学 版 ） Vol． 50 No． 4

2012 年 7 月   Journal of Jilin University （Science Edition） July 2012

嵌段共聚物是指由化学结构不同的链段交替聚合而形成的共聚物，最常见的嵌段共聚物多为线形结构。广义上的嵌段共聚物也包含除线形之外的其他复杂结构，如星形、H 形或梳形等。嵌段共聚物可在溶液中自组装形成各种有序结构，如球形胶束结构、棒状结构、平行层状结构、囊泡状结构、管状结构和六方堆积的环状结构等［1］。文献［1-3］研究了 AB 双嵌段共聚物和 ABA 三嵌段共聚物在溶液中的自组装行为；文献［4-9］考察了带有双疏水性嵌段的线形多嵌段共聚物，包括线形 ABC 三嵌段共聚物以及 ABCA 型四嵌段共聚物等；文献［10-11］研究了星形 ABC 三嵌段共聚物在稀的水溶液中的自组装行为。通过调节各嵌段与溶剂环境的相容性可得到均一的相结构［12-13］和可控的目标尺寸［14-15］；Abetz 等［16］总结了目前所观察到的三嵌段共聚物的本体相形貌的种类；Breiner 等［17-18］得到了核壳结构和螺旋形结构等自组装形貌，并发现了圆柱状和球状相区混合出现的形貌；Epps 等［19-21］报道了在三嵌段共聚物自组装过程中存在几个连续交联网络状的相区，包括核壳双螺旋结构、斜方网络结构和交替螺旋 结 构 等；Ye 等 ［22-23］研 究 了 H 形 ABC 三 嵌 段 共 聚 物 以 及 π 形 三 嵌 段 共 聚 物 的 相 行 为；文献［24-25］利用 Monte Carlo 格 子 模 型 研 究 了 三 嵌 段 共 聚 物 本 体 以 及 受 限 情 况 下 的 自 组 装；Nagpal 等［26］利用 Monte Carlo 方法预测了线形 ABC 三嵌段共聚物可能出现的相形貌。

本文利用耗散粒子动力学模拟方法（dissipative particle dynamics, DPD）［27-32］研究基于各种结构的ABC 三嵌段共聚物自组装所产生的各种形貌。