Самоорганизация в наноразмерных пленках блок-сополимеров

• Автор: Нератова, Ирина Владиславовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Морфология блоксополимеров и блоксополимерных пленок

методы исследования

1.1. Фазовое поведение блоксополимеров теория и эксперимент

1.2. Процессы самоорганизации блоксополимеров в пленках

, теория и эксперимент

1.2.1. Поведение композиционно симметричных сополимеров в пленках с симметричными и несимметричными 1раиичными условиями
1.2.2. Поведение композиционно асимметричных сополимеров в пленках с симметричными и несимметричными граничными условиями

1.2.3. Влияние свободной поверхности на морфологию в пленке блоксополимера

1.3. Контроль ориентации структуры в пленках блоксополимеров существующие технологические подходы.
1.4. Компьютерное моделирование пленок блоксополимеров модели полимерных цепей и методы моделирования
1.4.1. Модели полимерных цепей
1.4.2. Методы компьютерного моделирования пленок блоксополимеров.
1.4.2.1. Динамическая теория функционала плотности
1.4.2.2 Метод диссипативной динамики частиц.
Глава 2. Фазовое поведение в пленках асимметричных АВсополимеров
2.1. Формулировка проблемы
2.2. Модель и метод моделирования.
2.3. Результаты и обсуждение
2.3.1. Фазовая диаграмма
2.3.1Л. Эффекты, наблюдаемые в пленке.
2.3.2. Влияние патгернированной поверхности.
2.4. Выводы.
Глава 3. Самоорганизация бинарной смеси блоксонолнмсров.
3.1. Формулировка проблемы
3.2. Модель и метод моделирования.
3.3. Результаты и обсуждение
3.3.1. Процессы самоорганизации в расплаве АВсогюлимера и в системе А
гомополимерСОсополимер. Определение естественного периода структу
3.3.2. Самоорганизация бикомпонентной смеси АВ и СОсонолимсров
3.3.3. Примеры блоксополимерных систем, исследуемых в физических экспериментах .
3.4. Выводы.
Глава 4. Самоорганизация в плсыках ЛВсополнмеров под действием раствори геля
4.1. Формулировка проблемы
4.2. Модель и метод моделирования.
4.2.1. Связь компьютерного времени моделирования с реальным временем
4.3. Результаты и обсуждение.
4.3.1. Моделирование процесса испарения растворителя.
4.3.1.1. Формирование ламеллярной фазы
4.3.1.2. Формирование гексагональной цилиндрической фазы
4.3.2. Моделирование процесса абсорбции растворителя.
4.4. Выводы.
Заключение а .
Список литературы


Исследуется механизм действия растворителя на структуру в объеме. Глава 1. В расплаве фазовое поведение блоксополнмеров БС определяется тремя экспериментально контролируемыми факторами степенью полимеризации, Аг, молекулярной архитектурой, в частности, композиционным составом, и взаимодействиями между блоками, определяемыми параметром ФлориХаггинса, . Первые два фактора влияют на трансляционную и конфигурационную энтропию, тогда как последний фактор характеризует энтальпию системы, т. С одной стороны, система стремится уменьшить число энергетически не выгодных контактов между несовместимыми блоками, приводя к формированию А и Вдоменов. С другой стороны, микрофазная сегрегация приводит к растяжению цепей, в то время как под влиянием конформационной энтропии выгодным оказывается клубкообразная конформация. Интуитивно становится понятно, что при возрастании возможны локальные потери трансляционной и конфигурационной энтропии при формировании доменной структуры. Наоборот, при уменьшении доминирующим в системе оказывается энтропийный вклад, приводящий к композиционно неупорядоченному состоянию. Баланс энтропийных потерь, вызванных растяжением цепей и их локальным упорядочением, возможен за счет потерь энтальпии. Таким образом, формирование морфологий блоксополимерами определяется энтропийным и энтальпийным вкладами. Потому в процессе микрофазного расслоения блоксонолимеры стремятся упорядочиться в структуры с минимальной межфазной границей 1. В рамках теории среднего поля, предложенной Л. Лейблером Ь. ЬЫЫег 2 и далее развитой Е. Хэлфандом и 3. Вассерманом Е. Нсапс1, Ъ. Лг, объемные доли индивидуальных блоков, ф и фв, индивидуальная длина сегментов сорта АиВ,йа и ац, и взаимодействия сегментсегмент, описываемые параметром ФлориХаггинса, лв В связи с тем, что каждый сегмент цепи вносит вклад в энергию смешения, несовместимость двух блоков пропорциональна не только ав, но и числу сегментов, . Потому несовместимость блоков в рамках среднеполевых расчетов выражается через параметр ХлвМ 1,2,4. Параметр ФлориХаггинса определяется из эксперимента и может быть посчитан исходя из параметров растворимости обоих компонентов через уравнение Гильдебранда
где Vx средний молярный объем сегментов А и В, бд и бв параметры растворимости А и В сегментов, соответственно, универсальная газовая постоянная, Т температура. Как видно из уравнения 1. ФлориХаггинса обратно пропорционален температуре. При низкой температуре X возрастает, т. А и В, что приводит к микрофазному разделению. Наоборот, при возрастании температуры доминирующим становится энропийный фактор, и система стремится к неупорядоченности. Данный процесс называется фазовым переходом из упорядоченною состояния в неупорядоченное i ii. Конкретное значение определяет режим фазового поведения режим слабой и сильной сегрегации. Режим слабой сегрегации проявляется в области . В данном режиме энтропийный вклад превалирует над энальпийным, и все сегменты проникают друг в друга. В области X 1, В взаимодействия слабые что отвечает состоянию невозмущенных сополимерных цепей, т. В полимерном расплаве проявляются флуктуации на масштабах длин, сравнимых с радиусом инерции цепей , т. V где а характеристическая длина сегмента. Эти флуктуации могут становиться началом микрофазного разделения структуры, которое, как показал Лейблер, осуществляется при Xi . Для симметричных сополимеров среднеполсвая теория Лсйблсра предсказывает в данной точке фазовый переход второго рода от неупорядоченной в ламеллярную фазу. При этом для асимметричных сополимеров, способных формировать объемоцентрированную фазу, был предсказан фазовый переход первого рода. Фазовый переход, найденный в теории слабой сегрегации, был доказан экспериментально на примере сополимеров 1,4полибутадиенб 1,2полибутадиен 1,4ПБб1,2ПБ, гидрированного Г1С6ПБ, ПЭПбПЭЭ, дейтерированного ПСбПММА ,,,. Однако эксперименты, основанные на дифференциальной сканирующей калориметрии и динамических оценках перехода в стеклообразное состояние, не позволяют количественно определять температуру перехода.