基于氢键的两亲性共聚物溶液体系自组装行为的Monte Carlo模拟

氢键在高分子自组装中具有重要和不可替代的作用。在聚合物溶液体系中引入氢键为通过自组装形成的聚合物胶束的制备及其形貌结构的调控提供了更多可能，同时也为制备具有环境响应特性的功能高分子材料奠定了基础。然而人们对氢键在自组装及胶束形态转变过程中的作用机理尚未清楚，尤其对氢键的方向性、饱和性等在两亲性共聚物自组装中所起到的作用的认识还十分有限。本项目将采用Monte Carlo模拟方法，合理有效地实现氢键的方向性、饱和性等特性，揭示模型体系通过自组装所形成的胶束形貌结构与氢键相互作用能、方向性、饱和性以及氢键成键率、链构象等微观结构信息之间的关系，给出氢键对模型体系自组装动力学过程的影响规律，为聚合物胶束形貌结构的调控及其性能优化提供科学依据。

本项目采用Monte Carlo模拟方法，在嵌段共聚物溶液体系中合理有效地实现了氢键的方向性以及可逆性等特性，并采用该方法研究了氢键相互作用能、方向性等参数对嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装行为的影响。研究结果表明氢键相互作用对嵌段共聚物自组装胶束形貌结构有着至关重要的影响。通过调节氢键相互作用能以及不同亲水嵌段间的不相容性体系中可以形成多种形貌各异的聚合物胶束，包括Janus胶束、三层膜非对称囊泡以及Janus囊泡等。通过对体系氢键成键率、不同组分间相互作用对数等微观结构信息的统计与分析发现氢键相互作用能与不同亲水嵌段间的不相容性有着相互竞争的关系。这种竞争关系是决定胶束形貌结构多样性的重要因素。此外，本项目还针对基于氢键的嵌段共聚物自组装所形成的囊泡状胶束形成的动力学过程进行研究。研究结果表明囊泡形成的动力学过程同样依赖于氢键相互作用。以上模拟结果揭示了基于氢键的嵌段共聚物自组装所形成的胶束形貌结构与氢键相互作用能、方向性等特性以及氢键成键率、链构象等微观结构信息之间的关系，给出氢键对嵌段共聚物自组装动力学过程的影响规律，为聚合物胶束形貌结构的调控及其性能优化提供科学依据。