[发明专利]通过靶向调控动力学路径构造靶向构造目标结构的方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体为一种通过靶向调控动力学路径构造靶向构造目标结构的方法。本发明利用刚‑柔嵌段高分子的重排转变机制，准确定位重排转变过程参数，通过完全靶向调控动力学路径，构造刚‑柔嵌段高分子目标结构；其中引入弦方法计算两种结构之间最小重排转变能量路径，即目标结构作为亚稳态存在的重排转变能量路径。本发明中成功构建了刚‑柔嵌段高分子体系中目标结构的动力学形成路径，具有很高的实际应用价值；发展了逆向动力学路径设计策略，解决了目前无法靶向构造目标结构的问题。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及通过靶向调控动力学路径构造刚-柔嵌段高分子各类目标结构的方法。

背景技术

实际应用的高分子体系很多存在一定的刚性，在很多领域都有重大的应用价值，包括发光二极管（LEDs）、聚合物太阳能电池等，因此，关于含有刚性链嵌段高分子靶向构造目标结构的研究越来越受到人们的关注。它是由化学键连接两个不同刚柔性嵌段形成的嵌段高分子体系，具有较大的尺寸不对称效应，且刚性嵌段之间存在较强的各向异性取向相互作用。相比于柔性嵌段高分子自组装行为的理论研究，含刚性链的嵌段高分子由于其结构的复杂和参数空间的广阔而进展缓慢。

大部分研究材料结构和性能关系的理论都建立在热力学平衡态基础上，然而，真实的体系中自组装行为十分复杂，这些材料所需要的性能不可避免的会涉及到非平衡状态，相变动力学往往会成为决定材料最终性能的关键性因素。通常情况下，在自由能图景中，不同的亚稳态结构之间自由能差值往往很小，微弱的扰动就可能会诱导相结构的转变，所以实验上会经常观察到这些复杂亚稳态结构。

目前有关刚-柔嵌段高分子体系的相变动力学理论还处于初级发展阶段，只能实现在符合外延生长关系及某些特定的参数条件下，构建出单连续网络结构，并不能准确定位选择参数的范围以及构建多种目标结构。因此，如何利用丰富的亚稳态资源来实现靶向构建各类目标结构，并且准确定位参数位置也成为目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是利用刚-柔嵌段高分子的重排转变机制，提供一种构造刚-柔嵌段高分子目标结构的方法，以解决目前无法靶向构造目标结构的问题。

本发明提出的构造刚-柔嵌段高分子目标结构的方法，是利用刚-柔嵌段高分子的重排转变机制，准确定位重排转变过程参数，通过完全靶向调控动力学路径，构造刚-柔嵌段高分子目标结构。具体步骤如下：

（1）通过自洽平均场理论（SCFT）计算得到刚-柔嵌段高分子体系的相图；

（2）确定靶向构造刚-柔嵌段高分子的目标结构；

（3）分析目标结构在该体系相图的相对位置，确定刚-柔嵌段高分子重排转变过程参数，选择重排转变的参数区域；

（4）分析目标结构的空间对称群和倒易晶格矢，在已选择的参数区域构建与之对称性相匹配的刚-柔嵌段高分子简单层、柱结构；

（5）将构建的不同取向的刚-柔嵌段高分子简单层、柱结构带入SCFT中，改变单位晶胞尺寸，进行多组迭代运算，将对应自由能最低的简单层、柱结构作为最终的稳态结构；

（6）将最终得到的两种稳态结构作为弦的两个端点，应用弦方法计算得到两种结构之间最小重排转变能量路径，即目标结构作为亚稳态存在的重排转变能量路径。

本发明步骤（2）中，所述目标结构主要有下述几种：复杂网络结构，包括单连续网络结构及穿孔层状相结构等；柱状相结构，球状相结构，等等。

本发明步骤（3）中，根据不同的目标结构，确定不同的参数区域，具体如下：

目标结构为复杂网络结构，则选择在无序相-层状相（或柱状相）相变点附近的层状相（或柱状相）参数区域；

目标结构为柱状相，则选择柱状相-层状相相变点附近层状相作为稳态出现的参数区域；