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唐萍课题组在刚-柔嵌段高分子体系的相变动力学路径研究中取得重要进展

发布时间:2018-09-29 

随着实验合成和表征技术的发展,已经合成了越来越多具有精确分子特性的嵌段聚合物。它们可以自组装形成各种稳态亚稳态介观结构。其中,越来越多地通过实验观察到自由能的竞争亚稳态,不仅拓宽了嵌段聚合物自组装结构图,还提供了更多的聚合物应用可能性。这些亚稳态通常由动力学过程控制,动力学过程与嵌段聚合物的多尺度结构和各种外部场扰动密切相关。实验继续揭示相变过程中复杂亚稳结构的形成,迫切需要开发理论模拟来解释和预测相关的实验现象。然而,具有链刚性的嵌段聚合物体系的相变理论研究具有挑战性。主要的困难在于如何在场理论方法中有效地处理刚性构件之间的各向异性取向相互作用和刚性和柔性构件的构象不对称性。影响。

在各种复杂的亚稳自组装结构中,具有3D周期性的单个网络结构可以呈现手性(例如单个陀螺仪),表现出稳定且完整的光子带隙,其可用于制造光学器件。目前已知的各种分子拓扑设计方法未能稳定单一网络。因此,通过相变动力学过程控制来制备具有长期稳定性的单个网络是很重要的。

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传统的相变动力学研究方法从特定的相变路径开始,分析了相变路径中可能出现的亚稳结构和相变机制。它有一定的盲目性,特别是当参数空间变大时。这不是一个小挑战。澳门太阳城网站唐平教授的研究工作采用了逆向设计思想,即从目标亚稳相结构出发,搜索可以得到目标结构的相变动态路径。首先,根据目标结构的对称性和晶格周期的分析,构造出与目标结构具有匹配关系的特定初始结构。这些初始结构通常是简单的层状或柱状相,易于通过实验获得。然后,使用字符串方法。结合自洽场理论,探索了简单层状或柱状相结构之间的相变路径。最后,通过调整参数空间,获得了具有长期稳定性的目标亚稳结构。这项工作改进了该组成功应用于柔性链系统的自洽场理论框架的弦法(1. Ji,N .; Tang,P .; Qiu,F .; Shi,A.-C。Macromolecules 2015,48,8681-8693; 2. Sun,T .; Tang,P .; Qiu,F .; Yang,Y .; Shi,A.-C.Macromol.Theory Simul。2017,26; 3. Sun, T .; Tang,P .; Qiu,F .; Shi,A.-C。Soft Matter 2016,12,9769-9785。),计算了链条刚性系统的相变动力学。结果表明,在同一晶面族中不同晶面取向的层状相的重排转变可以诱导单一网络的形成。刚性杆的纵横比和布置对重排过渡路径具有重要影响。通过调节刚 - 柔性块的块组成和几何不对称效应,可以获得具有长程稳定性的目标亚稳结构。该方法可用于研究更复杂的自组装结构的相变动力学行为,为反向动态路径的复杂纳米结构设计提供了新思路。

上述研究结果发表在Macromolecules上。孙同杰,博士澳门太阳城网站-平台的学生是第一作者,唐平教授是该片的作者。

参见原文:孙同杰,刘法强,唐平*,冯秋,杨玉良,“通过反向设计的相变路径在棒 - 线圈二嵌段共聚物中构建棒形单网络中间相”。大分子2018. DOI: 10.1021 /acs.macromol.8b00773

论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b00773

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