理论研究接枝上带电侧链的高分子单链构象及多链溶致液晶相结构

本项目我们以接枝上柔性带电侧链的半刚性主链及其溶液作为研究对象。这种带有内部结构的聚电解质体系的性质可以通过各种外界环境的变化加以调控，研究其性质的定量变化具有重要的科学意义和实际应用价值。我们拟发展计算接枝侧链高分子持续长度和尺寸的理论框架，并通过发展合适的粗粒化方法来着重考查侧链性质（接枝密度、侧链长度及所带电密度）和盐浓度对主链构象的影响。另外，我们也将发展半刚性聚电解质多链体系的自洽场理论来研究高接枝密度下体系出现溶致液晶相的临界条件。同时，我们也拟应用标度理论和耗散粒子动力学模拟研究该体系。本工作力求从理论上分析接枝带电侧链高分子的单链构象及多链聚集行为，揭示出各种作用力因素的竞争机制，并对实验结果做出解释和预测。

理解接枝上带电侧链的半刚性主链体系单链与多链聚集性质，对主侧链液晶高分子及生物分子方面有着重要的研究价值。本项目主要应用标度分析以及自洽场计算，研究了柱状聚电解质刷的结构参数如何影响体系的物理性质，并拓展到平板高分子刷。我们分析了体系结构参数如侧链带电分数、盐浓度、链长及接枝密度如何影响接枝主链的持续长度与接枝平板（如生物膜）的弹性模量，得到了一系列重要的物理关系，揭示了电荷影响体系性质的作用规律。此外，结合实验与理论分析，我们考察了带有楔形侧链的主侧链型液晶高分子，考察了它们的自组装结构，得到侧链的结构影响体系的液晶相行为的一些规律。特别地，我们发现主侧链液晶高分子能形成多根主链为构成单元的柱状相。这种几个纳米尺度上的新型微相分离结构，对发展高度有序的功能性高分子材料提供重要的指导意义。