高分子多層次聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的理論模擬研究獲重要進(jìn)展

    高分子材料是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全不可或缺的重要保證材料。高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)決定高分子材料的使用性能，因此，發(fā)展有效的理論模擬方法及算法，深入理解高分子的多層次聚集態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變規(guī)律，進(jìn)而明晰高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和材料物理化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)高性能及高功能材料自下而上設(shè)計(jì)的關(guān)鍵手段，具有特別重要的科學(xué)意義和實(shí)際價(jià)值。

　　長(zhǎng)春應(yīng)化所科研人員深入系統(tǒng)地研究了嵌段高分子在熔體以及溶液條件下的多層次聚集態(tài)結(jié)構(gòu)演化及形成機(jī)理，在三維空間建立了含剛性嵌段的自洽場(chǎng)理論模型以及能夠有效描述高分子補(bǔ)丁粒子軟硬度及各向異性特征的高效計(jì)算機(jī)模擬模型，解決了傳統(tǒng)高分子模擬方法中效率低、普適性差等問(wèn)題，揭示了含剛性嵌段的高分子有序聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形成的微觀機(jī)理，提出利用嵌段高分子在溶液中聚集形成補(bǔ)丁粒子的新思路，并闡明了補(bǔ)丁粒子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)控規(guī)律，為高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測(cè)和納米新材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了重要的理論指導(dǎo)。日前，由孫昭艷研究員等完成的成果榮獲2018年吉林省科自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　他們建立了三維空間的格子自洽場(chǎng)理論方法，揭示了含剛性嵌段的多嵌段、多組分共聚物的有序聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，闡明了剛性嵌段在分子水平上的排列方式及其物理本質(zhì)；發(fā)展了針對(duì)柔性嵌段高分子相行為研究的自洽場(chǎng)理論，開展了具有復(fù)雜鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)嵌段高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)演變的理論模擬研究，闡釋了鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)嵌段高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)控規(guī)律，明晰了有序-有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的物理成因；發(fā)展了粗?；肿觿?dòng)力學(xué)模擬方法，提出了利用多嵌段共聚物在溶液中聚集制備高對(duì)稱性補(bǔ)丁粒子的新手段，獲得了具有不同對(duì)稱性的補(bǔ)丁粒子，明晰了這些補(bǔ)丁粒子的形成機(jī)理；建立了有效描述高分子軟補(bǔ)丁粒子的高效計(jì)算機(jī)模擬模型，預(yù)測(cè)了軟補(bǔ)丁粒子形成的高級(jí)有序結(jié)構(gòu)，提出通過(guò)改變粒子硬度及表面相互作用來(lái)調(diào)控聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的新思路。相關(guān)工作得到了國(guó)際頂級(jí)期刊Cell和著名的綜述期刊Chem. Rev等的多次高度評(píng)價(jià)。在SCI收錄期刊發(fā)表的8篇代表性論文，SCI統(tǒng)計(jì)他人引用193次，20篇核心論文，SCI統(tǒng)計(jì)他人引用298次。

圖1：含剛性嵌段高分子的理論預(yù)測(cè)相圖及嵌段排列

圖2：鏈結(jié)構(gòu)對(duì)高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)影響規(guī)律的理論預(yù)測(cè)相圖 

　　圖3：高分子軟補(bǔ)丁粒子模型及其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測(cè)