电场诱导嵌段共聚物自组装及受限空间中均聚物的相分离

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1、电场诱导嵌段共聚物自组装及受限空间中均聚物的相分离Electric-field-inducedSelf-assemblyofDiblockCopolymersandPhaseSeparationofHomopolymersinConfinedSpace一级学科：化学学科专业：高分子化学与物理研究生：阚迪指导教师：何学浩教授天津大学理学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使

2、用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要在外界条件作用下，嵌段共聚物可以自组装成为长程有序的相结构，这些长程有序的纳米

3、结构在制备微型电子器件方面具有潜在应用价值。本论文用高分子自洽平均场和分子动力学的方法研究了AB嵌段共聚物在电场下的自组装以及柱状受限空间对两种均聚物相分离相图中的旋节线和双节线的影响。采用计算机模拟的方法，既可节省实验探索的时间，又可为相关的实验研究工作提供参考依据。本论文的具体研究工作主要内容如下：1、采用可极化的粗粒化模型，通过分子动力学方法研究非受限空间中电场强度对对称两嵌段共聚物自组装相图的影响，结果表明随着电场强度的增加，相图中有序相结构的种类逐渐减少，在强电场下相图中的有序相结构有：层状相，柱状相，球状相；同时，还研究了平行基板受限空间中交流电场及离子效应对嵌段聚

4、合物自组装的影响，结果表明交流电的频率以及离子效应会影响平行于基板的层状相结构转化为垂直于基板的层状相结构的转化速度。此外，还对比了不同电场强度下以及不同系综（NVT系综和NPT系综）下，高分子链回转半径的变化趋势。2、采用高分子自洽平均场理论研究在两个平行的中性基板(基板上带有一组图案化的电极)中对称两嵌段共聚物的自组装。通过改变基板上电极的位置，得到两种图案化的电场：交替分布电场和混合电场。结果表明，交替分布的电场可以诱导平行层状相结构的形成，这种平行的相结构仅仅在选择性基板的受限空间中可以稳定存在。通过计算交替分布电场下的相图，发现在图案化的电场下，电场分布的特性，例如电

5、场的强度，电极的尺寸和位置，对嵌段共聚物相结构有明显的影响。此外，采用最小能量路径方法进一步分析从垂直层状相到平行层状相的相结构的转变路径。相结构转变的路径显示有效能量势垒取决于电场强度。最后还研究了可以设计用于控制新型和复杂微相结构形成的复合图案电场。3、应用高分子自洽平均场理论研究圆柱形受限空间对两种均聚物相分离相图中的双节线和旋节线变化的影响。通过改变圆柱半径、圆柱高和圆柱受限空间的大小，发现圆柱形的受限空间会使两种均聚物相分离相图中的双节线U形开口变小，U形谷底上移；旋节线的U形开口变大，U形谷底上移。此外，采用最小能量路径方法，得到两种均聚物从均匀混合相结构到形成两相

6、相分离过程的转化路径。关键词：自组装两嵌段共聚物自洽平均场理论分子动力学I万方数据万方数据ABSTRCTUndertheexternalconditions,theblockcopolymerscanself-assembleintolong-rangeorderedphasestructures.Theselong-rangeorderednanostructureshaveobviouspotentialapplicationsinminiaturizationofmodernelectronicdevices.Inthispaper,theself-consistentf

7、ieldmethodandmoleculardynamicsmethodareappliedtoinvestigatetheself-assemblyofABdiblockcopolymersunderelectricfield,andtheself-consistentfieldmethodisadoptedtostudythephaseseparationoftwohomopolymersinconfinedspace.Thecomputersimulationcanreducethet