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两嵌段共聚物在本体中自组装的耗散粒子动力学模拟研究

2015-04-21吕盛芳于乃森

大连民族大学学报 2015年3期
关键词:结构

赵 英,吕盛芳,罗 斯,于乃森

(大连民族学院物理与材料工程学院,辽宁大连116605)

自组装(Self-assembly)是指基本结构单元(分子、纳米材料、微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术,是一种无序向有序的变化[1]。在自组装的过程中,基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发地组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。嵌段共聚物具有很强的自组装能力,其分子链中嵌段间的相互热力学不相容性及化学键相连接性,使体系发生自组装[2]。通过适当的分子及体系设计,嵌段共聚物体系能够自组装形成丰富的具有周期性的有序微观结构。PEO-PPO是一种两亲性嵌段共聚物,兼有聚合物和表面活性剂的双重性质[3]。

本文主要运用耗散粒子动力学(Dissipative Particle Dynamics,DPD)模拟方法,通过调控两嵌段共聚物的嵌段比例、粒子与粒子之间的相互作用参数以及盒子的大小来获取不同的结构,并对这些结构进行了对比分析。

1 DPD模拟方法

耗散粒子动力学(DPD)是一种介观的模拟方法,用于模拟复杂流体的行为。这种方法首先由Hoogerbrugge[4]和 Koelman[5]于 1992 年提出,后经Espanol和Warren[6]进行完善。它不同于分子动力学的全原子模型,在DPD模型中,一个DPD粒子代表一些原子的集合,它们的相互作用都遵循牛顿运动方程。粒子所受到的相互作用力包括:保守力FC、耗散力FD与随机力FR,表示为

2 结果与讨论

2.1 两嵌段之间的不同比例对自组装结构的影响

对于两嵌段共聚物来说,AB嵌段的比例对自组装的结构影响很大。随着嵌段A组分的逐渐增大,嵌段A作为分散相,会从球形分散相向柱状、螺旋状、层状相过渡。……

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