Микрофазное расслоение в Микрофазное расслоение в расплаве двойных расплаве двойных

гребнеобразных сополимеровгребнеобразных сополимеров

В.В. Палюлин В.В. Палюлин

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Потемкин И.И.Научный руководитель: д.ф.-м.н. Потемкин И.И.

Микрофазное расслоениеМикрофазное расслоениеДиблок-сополимерДиблок-сополимер

1

Микрофазное расслоение:Микрофазное расслоение: Классические устойчивые морфологии

ламеллярная цилиндрическая

сферическаясферическая гироид

2

Микрофазное расслоение:Микрофазное расслоение:Возможные области применения Возможные области применения

периодических структурпериодических структур

1. Создание систем с высокой 1. Создание систем с высокой плотностью записи информацииплотностью записи информации

2. Использование структур в качестве 2. Использование структур в качестве шаблонов для упаковки наночастицшаблонов для упаковки наночастиц

3. Изготовление фотонных кристаллов3. Изготовление фотонных кристаллов

3

Park C., Yoon J., Thomas E.L., Enabling nanotechnology with self-assembled block-copolymer patterns. Polymer, 2003, 44, 6725-6760

Основные подходы в теоретическом изучении Основные подходы в теоретическом изучении микрофазного расслоения: микрофазного расслоения:

режимы слабой и сильной сегрегациирежимы слабой и сильной сегрегации

4

Профиль плотности звеньев A:

Двойной гребнеобразный Двойной гребнеобразный полимерполимер

5

Синтез двойных Синтез двойных гребнеобразных гребнеобразных

полимеровполимеров

Zhu Y., Weildisch R., Gido S.P., Velis G., Hadjichristidis N., Morphologies and Mechanical Properties of a Series of Block-Double-Graft Copolymers and Terpolymers. Macromolecules, 2002, 35, 5903-5909

6

Основные предположенияОсновные предположенияпри теоретическом анализе задачипри теоретическом анализе задачиСлабая сегрегацияСлабая сегрегацияОдинаковые размеры звеньевОдинаковые размеры звеньевВзаимодействия звеньев Взаимодействия звеньев

описываются параметрами описываются параметрами χχijij

Расчет произведен в ПСФ Расчет произведен в ПСФ (квадратичное приближение)(квадратичное приближение)

7

1. Плотнопривитой блок-сополимер1. Плотнопривитой блок-сополимер ((m m == 1):1):

1.1 1.1 Стереорегулярный случайСтереорегулярный случай

1.2 Нестереорегулярный случай1.2 Нестереорегулярный случай

2. Случай 2. Случай mm ≠ 1. ≠ 1. Рассмотрены все 5 случаев, Рассмотрены все 5 случаев, в которых взаимодействия описываются в которых взаимодействия описываются одним параметром Флори-Хаггинсаодним параметром Флори-Хаггинса

8

Двойной гребнеобразный Двойной гребнеобразный полимер: описание полимер: описание

стереорегулярного случаястереорегулярного случая

9

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

20

40

60N

f

n = 1 n = 5 n = 100

101. Плотнопривитой блок-сополимер1. Плотнопривитой блок-сополимер ((m m == 1): Нестереорегулярный случай1): Нестереорегулярный случай

Кривые спинодали в зависимости от состава сополимерапри различных n

Область расслоения

1. Плотнопривитой блок-сополимер1. Плотнопривитой блок-сополимер ((m m == 1): Стереорегулярный случай1): Стереорегулярный случай

11

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

20

40

60

f

N n = 1 n = 5 n = 100

l = 5

Кривые спинодали в зависимости от состава сополимерапри различных n

Область расслоения

1. Плотнопривитой блок-сополимер1. Плотнопривитой блок-сополимер ((m m == 1): Стереорегулярный случай1): Стереорегулярный случай

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00

5

10

15

20

N

f

l = 5 l = 10 l = 20

n = 10

12

Кривые спинодали в зависимости от состава сополимерапри различных l

Область расслоения

0 2000 4000 6000 8000 10000

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

m

f = 0.5, n = 5, N=1000

2. Случай2. Случай m m ≠≠1: 1: χAB= χ BС= χAC= χ13

Спинодаль микрофазного расслоения расплава сополимера

0 1000 2000

0,002

0,003

0,004

q

m

f = 0.5, n=5, N=1000

2. Случай2. Случай m m ≠≠1: 1: χAB= χ BС= χAC= χ14

Зависимость волнового вектора в точке спинодали от длины участка основной цепи между пришивками

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,012

0,014

0,016

0,018

0,020

n = 5 n = 100

f

m = 200

2. Случай2. Случай m m ≠≠1: 1: χAB= χ BС= χAC= χ15

Кривые спинодали в зависимости от состава сополимерапри различных n

Область расслоения

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,00,008

0,012

0,016

0,020

0,024

f

n = 100 n = 5

m = 20000

2. Случай2. Случай m m ≠≠1: 1: χAB= χ BС= χAC= χ16

Кривые спинодали в зависимости от состава сополимерапри различных n

Область расслоения

ВыводыВыводы

Исследован переход из однородного Исследован переход из однородного состояния в упорядоченное для плотной состояния в упорядоченное для плотной пришивки боковых цепей. пришивки боковых цепей.

В случае стереорегулярного расположения В случае стереорегулярного расположения цепей поведение системы при росте цепей поведение системы при росте n n меняетсяменяется по сравнению с нестереорегулярным по сравнению с нестереорегулярным случаем: вне зависимости от состава при случаем: вне зависимости от состава при росте росте nn χχNN в точке перехода уменьшается.в точке перехода уменьшается.

17

ВыводыВыводы

Исследованы все случаи, в которых Исследованы все случаи, в которых взаимодействия описываются одним взаимодействия описываются одним параметром Флори-Хаггинса при параметром Флори-Хаггинса при mm ≠ 1. ≠ 1.

Построены спинодали и зависимости Построены спинодали и зависимости волнового вектора в точке перехода от волнового вектора в точке перехода от параметров задачи и проведена параметров задачи и проведена интерпретация данных зависимостей.интерпретация данных зависимостей.

Обнаружена возможность Обнаружена возможность существования явления двухмасштабной существования явления двухмасштабной неустойчивости в расплавах двойных неустойчивости в расплавах двойных гребнеобразных полимеровгребнеобразных полимеров

18

Аналитические результатыАналитические результаты 19

Аналитические результатыАналитические результаты

, где

20