高分子材料是國民經(jīng)濟(jì)和國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，是實現(xiàn)高性能及高功能材料自下而上設(shè)計的關(guān)鍵手段，具有特別重要的科學(xué)意義和實際價值。
中科院長春應(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)演化及形成機理，在三維空間建立了含剛性嵌段的自洽場理論模型以及能夠有效描述高分子補丁粒子軟硬度及各向異性特征的高效計算機模擬模型，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)形成的微觀機理，提出利用嵌段高分子在溶液中聚集形成補丁粒子的新思路，并闡明了補丁粒子聚集態(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)測和納米新材料的設(shè)計與開發(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)獎一等獎。
他們建立了三維空間的格子自洽場理論方法，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)展了針對柔性嵌段高分子相行為研究的自洽場理論，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；肿觿恿W(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稱性補丁粒子的新手段，獲得了具有不同對稱性的補丁粒子，明晰了這些補丁粒子的形成機理；建立了有效描述高分子軟補丁粒子的高效計算機模擬模型，預(yù)測了軟補丁粒子形成的高級有序結(jié)構(gòu)，提出通過改變粒子硬度及表面相互作用來調(diào)控聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的新思路。
圖1：含剛性嵌段高分子的理論預(yù)測相圖及嵌段排列
圖2：鏈結(jié)構(gòu)對高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)影響規(guī)律的理論預(yù)測相圖
圖3：高分子軟補丁粒子模型及其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的理論預(yù)測
相關(guān)工作得到了國際頂級期刊Cell和著名的綜述期刊Chem. Rev等的多次高度評價。在SCI收錄期刊發(fā)表的8篇代表性論文，SCI統(tǒng)計他人引用193次，20篇核心論文，SCI統(tǒng)計他人引用298次。
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