唐萍課題組在剛-柔嵌段高分子體系的相變動力學路徑研究中取得重要進展
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? ? ? ?隨著實驗合成及表征技術的發(fā)展，越來越多具有精密分子特性的嵌段高分子被合成出來。它們可以自組裝形成多樣的穩(wěn)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)介觀結構，其中，自由能具有競爭力的亞穩(wěn)態(tài)被越來越多的實驗觀察到，不僅拓寬了嵌段高分子自組裝結構圖譜，也提供了聚合物應用的更多可能。這些亞穩(wěn)態(tài)通常受動力學過程控制，這與嵌段高分子的多尺度結構以及各種外場擾動密切相關。實驗不斷揭示著相變過程中復雜亞穩(wěn)態(tài)結構的形成，迫切需要發(fā)展理論模擬來解釋和預測相關實驗現(xiàn)象。然而，含有鏈剛性的嵌段高分子體系的相變理論研究具有挑戰(zhàn)性，主要困難在于如何在場論方法中高效處理剛性組分間各向異性取向相互作用以及剛、柔組分的構象不對稱效應。
??????在各種復雜的亞穩(wěn)態(tài)自組裝結構中，具有3D周期性的single network網(wǎng)絡結構可以呈現(xiàn)手性（如single gyroid），表現(xiàn)出穩(wěn)定且完整的光子帶隙，可用于制造光學器件等。目前已知的各種分子拓撲結構設計手段均未能將single network穩(wěn)定下來。因此，通過相變動力學過程控制來制備具有長程穩(wěn)定性的single network具有重要意義。
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? ? ? ?傳統(tǒng)的相變動力學研究方法從一條特定的相變路徑出發(fā)，分析相變路徑中可能出現(xiàn)的亞穩(wěn)態(tài)結構以及相變機制，具有一定的盲目性，尤其在參數(shù)空間變大時對理論和實驗都是不小的挑戰(zhàn)。高分子科學系唐萍教授課題組研究工作采用逆向設計思路，即從目標亞穩(wěn)態(tài)相結構出發(fā)，搜索能夠得到目標結構的相變動力學路徑。首先，根據(jù)對目標結構的對稱性以及晶格周期的分析，構建出與目標結構具有匹配關系的特定初始結構，這些初始結構通常是實驗易得的簡單層狀或柱狀相；然后，利用弦方法與自洽場理論相結合，探索簡單層狀或柱狀相結構之間的相變路徑；最后，通過調控參數(shù)空間，得到具有長程穩(wěn)定性的目標亞穩(wěn)態(tài)結構。本工作改進了課題組之前成功應用于柔性鏈體系自洽場理論框架的弦方法（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.），計算了鏈剛性體系的相變動力學路徑。研究結果表明，同一晶面族內不同晶面取向的層狀相的重排轉變可以誘導single network的形成，剛棒的長徑比以及排列方式對重排轉變路徑具有重要影響。具有長程穩(wěn)定性的目標亞穩(wěn)態(tài)結構可以通過調控嵌段組成以及剛柔嵌段的幾何不對稱效應而得到。所發(fā)展的方法可以用于研究更多復雜自組裝結構的相變動力學行為，為逆向動力學路徑設計復雜納米結構提供了新思路。
??????以上研究成果發(fā)表在Macromolecules上，復旦大學高分子科學系2015級博士生孫同杰為第一作者，唐萍教授為通訊作者。?
? ? ? ?詳見原文：Tongjie Sun, Faqiang Liu, Ping Tang*, Feng Qiu, and Yuliang Yang, “Construction of Rod-Forming Single Network Mesophases in Rod?Coil Diblock Copolymers via Inversely Designed Phase Transition Pathways”. Macromolecules 2018. DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00773
? ? ? ?論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.8b00773
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