软纳米粒子与两嵌段共聚物混合的相行为
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2019-12-28
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中国科技论文在线
软纳米粒子与两嵌段共聚物混合的相行为
唐大春
1
，张进军
1
，孙敏娜
2
，潘俊星
1**
作者简介：唐大春（1990-），男，软物质物理
通信联系人：张进军（1963-），男，教授，软物质物理. E-mail: zhangjinjun8098@163.com
（1. 山西示范大学化学与材料科学学院，山西临汾 041004；
2. 山西师范大学现代文理学院，山西临汾 041004） 5
摘要：本文使用自洽场理论模拟了软纳米粒子与 AB 两嵌段共聚物混合时的相形为。系统的
讨论了嵌段共聚物组分比、软纳米粒子接枝均聚物刷的体积分数、纳米粒子的数目和排布方
式对体系相形为的影响。结果发现，添加单个软纳米粒子时，随着 AB 两嵌段共聚物组分比
的变化，体系由六角柱状结构向同心圆环结构转变。增加纳米粒子的数目后，发现体系会形10
成圆环、波浪状层、平行层等规则结构。纳米粒子的排布方式对体系的相形貌有很大影响，
纳米粒子的排布有序时，体系形成有序的结构；纳米粒子排布随机时，体系不易形成规整有
序结构。研究的结果对于日后实验和工业上制备特定有序的纳米级材料提供了一定的指导意
义。
关键词：纳米粒子；自组装；有序现象；自洽平均场理论 15
中图分类号：O469
Patterns of diblock copolymer blend with soft nanoparticles
Tang Dachun
1
, Zhang Jinjun
1
, Sun Minna
2
, Pan Junxing
1
(1. School of Chemistry and Materials Science, Shanxi Normal University, Linfen, Shanxi 041004; 20
2. Modern College of Arts and Science, Shanxi Normal University, Linfen, Shanxi 041004)
Abstract: We investigate the self-assembly of diblock copolymer blend with soft nanoparticles by
using self-consistent field theroy. We obtain a variety of ordered patterns by changing the fraction of A
block, the brush density, the number and arrangement of nanoparticles. We construct phase diagram as
a function of volume fraction of A block and the brush density. We find that the morphologies of block 25
copolymer are sensitive about the number and arrangement of nanoparticles, the self-assembly of the
diblock copolymer can be controlled by increasing the number nanoparticles and adjusting the
arrangement of nanoparticles. Our results provide a echnique guide for creating ordered patterns at
nanoscale.
Key words: nanoparticles; self-assembly; ordering phenomenon; self-consistent field 30
0 引言
近年来，嵌段共聚物以其奇特的自组装机能受到了理论和实验科研人员的广泛关注
[1]
。
在聚合物自组装的过程中，人们发展了多种调节嵌段共聚物形貌的手段，如平板受限，掺杂
纳米粒子，接枝聚合物刷等
[2-3]
。其中，掺杂纳米粒子对嵌段共聚物的微观形貌有显著的调35
节作用。将纳米粒子添加到嵌段共聚物中，纳米粒子的形状、大小、表面性质等均会对嵌段
共聚物的形貌产生影响
[4-5]
。在纳米粒子表面接枝聚合物能够显著的改变纳米粒子的物理化
学性质，因此已被普遍使用在实验和理论中
[6-7]
。虽然理论和实验对纳米粒子与嵌段共聚物
体系均有一定的进展，但大多局限在仅研究接枝均聚物后纳米粒子的行为，或者仅将纳米粒
子与聚合物简单混合的情况。本文采用自洽平均场理论研究表面接枝均聚物的纳米粒子（软40
纳米粒子）与嵌段共聚物混合后的相行为。详细的研究了嵌段组分比、接枝密度、粒子数目、
排列等方面对最终相形为的影响。
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