不同AB線型嵌段共聚物分子對自組裝結構周期影響的研究

趙 斌，胡珺玥

（臺州學院 電子與信息工程學院，浙江 臺州 318000）

0 引言

嵌段共聚物是由小分子通過共價鍵連接而形成的一類高分子聚合物，由于不同分子之間相互排斥，所以會發生相分離；同時由于共價鍵連接的限制，相分離形成的熱力學穩定態結構的大小通常在5～100 nm的介觀尺寸之間。雖然AB型嵌段共聚物可以自組裝形成一系列的納米尺寸結構，如層狀相結構（lamella，L）、兩種雙連續結構（gyroid，G；Fddd，O70）、六角柱狀結構（cylinder，C），以及球狀相結構（body center cubic，BCC），但是背后的物理機制目前已經比較清晰，即熵跟焓競爭的結果（F=U-TS）[1-6]。以簡單的AB兩嵌段共聚物為例，當A嵌段的體積分數fA為0.5時，AB兩嵌段共聚物自組裝形成穩定的層狀結構，此時界面能（焓）最小（U較小），而熵的損失比較大（S較小）。隨著A嵌段的體積分數fA的減少，B嵌段的體積分數fB的增加,自組裝形成的穩定結構就會產生從層狀相到雙連續結構、柱狀相、球狀相，最終到無序相的轉變，在此過程中熵的損失逐漸減少（S變大），同時焓的損失逐漸增加（U變大）。對于不同的AB型嵌段共聚物，自組裝形成的結構相圖都比較類似，不同的地方僅是相邊界有一定的移動[7]。但是最近的研究發現，在嵌段共聚物自組裝的過程中除了簡單的熵與焓的競爭之外，其他物理參量也有很重要的影響。例如，穿孔層狀結構（perforated lamellae，PL）作為另外的雙連續結構，穩定性不如gyroid雙連續結構，這是因為穿孔層狀結構的截面曲率變化太大，導致堆積受挫，熵的損失較大，因此如何制備穩定的穿孔層狀結構是一個很有意義的研究課題[8]。……