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高分子共混体系相分离的相场模拟

【摘要】:高分子合金具有优越的物理性能、机械性能等综合性能,能够满足人们对精致生活的追求,缓解传统高分子材料单一的性能与生产生活应用需求之间的矛盾。而其中,具有相分离特性的高分子合金由于其在相分离过程中能生成特殊的微区结构,进而赋予该合金更加优越的功能而倍受人们的关注。因此,如何通过研究相分离机理及不同共混体系相分离的特性进而控制高分子共混体系所形成的微区结构,是得到性能优异且具有使用价值的高分子合金的重点。 本文以相场理论为基础,总结了相分离过程中的的热力学和动力学变化。结合Ginzburg-Landau自由能泛函和经典的扩散定律,推导得出了分子量和梯度能系数影响下的二元相场模型以及三元相场模型。保持一个组分的分子量不变,研究了另一组分分子量变化对相分离的影响。结果表明,分子量对相分离过程具有双重作用,最终使得体系的相分离过程呈现一定的规律。从一维和二维角度研究了梯度能系数对相分离的影响,结果表明,在相分离的初期和中期,梯度能系数熵贡献的引入会使体系的相分离减慢,同时,使得后期相粗化过程的生长指数减小。在三元模型的基础上,通过改变体系组成以及组分间的相互作用参数对相分离进行模拟,对所得到的结果进行汇总,并加以命名分类,提取了其中最具代表性的18种相结构,分析了每种相结构的形成机理,并对不同相类型的成因进行了讨论,并给出了判定三元体系最终结构的过程。此外,本文还基于组分淬火的原理,采用旋涂法制备了二元体系相分离膜,采用相差显微镜对其表面形态进行观测,并与模拟结果进行对比,表明了实验结果与模拟结果具有高度的相似性,证明了相场模型的准确性。

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