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不尋常熱處理，嵌段共聚物相變過(guò)程類似金屬

來(lái)源: X-MOL 2017-07-20 15:35:42

材料的宏觀性質(zhì)往往是由構(gòu)成組分的微觀結(jié)構(gòu)所決定。對(duì)于凝聚態(tài)物質(zhì)而言，原子之間的結(jié)合方式和分子的空間結(jié)構(gòu)決定其最終展現(xiàn)的宏觀物理性質(zhì)。基于經(jīng)典的理論，金屬等硬材料的結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單看作“硬球”原子通過(guò)相互吸引力和排斥力作用緊密堆疊而成。金屬?gòu)娜廴跔顟B(tài)冷卻時(shí)，通常會(huì)形成體心立方、面心立方等高度對(duì)稱性的晶體結(jié)構(gòu)；然而，諸如錳、钚等特殊金屬，在熔融低溫冷卻（冶金）過(guò)程中卻會(huì)形成一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的低對(duì)稱性準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)。而且，金屬合金在冶金過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。但是，對(duì)于平衡或非平衡狀態(tài)下金屬等硬材料在相變過(guò)程中結(jié)構(gòu)演變的系統(tǒng)探究，在目前仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。

近日，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的Kevin D. Dorfman和Frank S. Bates等研究者制備了低分子量1,4-聚（異戊二烯）-b-聚（±-丙交酯）二嵌段共聚物（PI-b-PLA），基于該AB型二嵌段共聚物結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，系統(tǒng)地研究了其熱處理過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)自組裝行為。相關(guān)工作發(fā)表在Science 上。

表面活性劑、超分子聚合物、嵌段共聚物等物質(zhì)在溶液相或熔融等分子鏈具有較強(qiáng)運(yùn)動(dòng)能力的狀態(tài)下，分子鏈能夠通過(guò)不同的組裝方式構(gòu)建球形、膠束等結(jié)構(gòu)狀態(tài)。AB型二嵌段共聚物作為該類結(jié)構(gòu)中最簡(jiǎn)單的分子，可通過(guò)兩組重復(fù)單元進(jìn)行線性組合形成目標(biāo)分子。在不對(duì)稱的組合狀態(tài)下，二嵌段共聚物呈球形，而在無(wú)溶劑稀釋的情況下進(jìn)行組裝時(shí)，這些“軟”膠束則會(huì)呈現(xiàn)多面體形狀。作者在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，平衡狀態(tài)下二嵌段共聚物的結(jié)構(gòu)單元主要以bcc排列形式存在。他們以PI-b-PLA為例進(jìn)行研究，在低摩爾質(zhì)量實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)PI-b-PLA樣品降低至有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變溫度（TODT）以下時(shí)可以形成Frank-Kasper（FK）σ相與接近十二邊形的準(zhǔn)晶相（DDQC），體系達(dá)到有序固相與無(wú)序液相平衡。這一觀察結(jié)果同時(shí)也驗(yàn)證了自洽場(chǎng)理論（SCFT）。

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