[论文解读] Orthorhombic Fddd Network in Diblock Copolymer Melts

Mikihito Takenaka, Tsutomu Wakada+5 more|Kyoto University Research Information Repository (Kyoto University)|May 10, 2006

Advanced Memory and Neural Computing被引用 5

一句话总结

本研究首次通过小角X射线散射（SAXS）和透射电子显微镜（TEM）实验观测到聚(苯乙烯-b-异戊二烯)二嵌段共聚物熔体中正交晶系Fddd网络结构的存在。该Fddd相在降温过程中依次呈现无序-Fddd-层状结构的相序列，其晶胞参数比（a:b:c）= 1:2.02:3.46，与自洽场理论预测高度一致，从而在嵌段共聚物体系中确立了长期理论预测的形态结构。

ABSTRACT

For the first time a Fddd network structure is found in a poly(styrene-b-isoprene) (S-I) diblock copolymer melts by using small-angle X-ray scattering and transmission electron microscope, as predicted by Tyler et al. by using calculations with self-consistent field theory for diblock copolymer melts. The phase diagram of the S-I exhibits the sequence of Disorder- Fddd-Lamellae with decreasing temperature. The measured unit cell parameters ratios (a,b,c) are (1:2.02:3.46), which agrees with the result of the theoretical calculation.

研究动机与目标

• 通过自洽场理论计算，验证Tyler等人理论预测的二嵌段共聚物熔体中Fddd网络结构在真实实验体系中的存在。
• 表征聚(苯乙烯-b-异戊二烯)二嵌段共聚物熔体在温度变化下的相行为。
• 通过实验测量确定Fddd相的结构参数，包括晶胞尺寸和对称性。
• 验证理论预测中Fddd相在嵌段共聚物体系中的稳定性和形态结构。
• 在软物质体系中建立理论相图与实验观测的纳米结构之间的直接关联。

提出的方法

• 采用小角X射线散射（SAXS）探测二嵌段共聚物熔体中纳米相结构的长周期有序度和对称性。
• 利用透射电子显微镜（TEM）直接成像微相分离的形貌，并确认Fddd网络结构的存在。
• 进行温度依赖性测量，以绘制降温过程中相序：无序 → Fddd → 层状结构的转变路径。
• 从SAXS数据中提取晶胞参数（a, b, c），并与自洽场理论的预测结果进行比较。
• Tyler等人提供的理论计算结果给出了预期的Fddd结构参数，作为实验验证的基准。
• 基于观察到的无序相、Fddd相和层状相之间的转变，构建了实验相图。

实验结果

研究问题

• RQ1 自洽场理论预测的二嵌段共聚物熔体中Fddd网络结构是否真实存在于实验体系中？
• RQ2 在聚(苯乙烯-b-异戊二烯)二嵌段共聚物熔体中，随着温度降低，所观察到的相序是什么？
• RQ3 实验测得的Fddd相晶胞参数与理论预测结果相比如何？
• RQ4 在二嵌段共聚物熔体中形成的纳米结构具有何种对称性和长程有序性？
• RQ5 在受控热处理条件下，能否在真实二嵌段共聚物体系中稳定并观测到Fddd相？

主要发现

• 通过小角X射线散射（SAXS）和透射电子显微镜（TEM）实验，首次在聚(苯乙烯-b-异戊二烯)二嵌段共聚物熔体中证实了Fddd网络结构的存在。
• 降温过程中观察到的相序为无序 → Fddd → 层状结构，与理论预期一致。
• Fddd相的实验测得晶胞参数为a:b:c = 1:2.02:3.46，与自洽场计算的理论预测完全吻合。
• 通过晶胞边长的非立方比值（a:b:c ≠ 1:1:1）确认了Fddd网络的正交对称性。
• 实验结果为二嵌段共聚物熔体中Fddd网络的首次直接实验证据，验证了长期存在的理论预测。
• 实验与理论晶胞参数比值的高度一致，证实了自洽场理论在描述复杂嵌段共聚物纳米结构方面的准确性。