通过定制ABA/AB嵌段共聚物混合物来稳定非经典结构的圆柱阵列

《Macromolecules》：Stabilize a Nonclassical Square Array of Cylinders by Tailoring ABA/AB Block Copolymer Blends

针对AB型嵌段共聚物自组装成六方阵列的普遍现象，本研究设计了一种二元混合物系统，通过ABA三嵌段与AB二嵌段的协同作用，结合自洽场理论预测了稳定的四方结构。机理包括长AB链的膨胀效应和短B链的局部分离，协同降低界面能，为实验探索提供了新方向。

　　

由AB型嵌段共聚物自组装而成的均匀圆柱体通常会排列成六边形阵列，这符合人们的直觉和常识。然而，如何在热力学和动力学上设计简单的嵌段共聚物系统来形成非传统的正方形圆柱阵列仍然是一个未解决的问题，这一问题对于基础研究和应用都具有重大意义。在这项工作中，我们提出了一种由对称的ABA三嵌段共聚物和AB二嵌段共聚物组成的简单二元混合物，用于稳定四方结构。通过使用自洽场理论（SCFT），我们在相当大的参数范围内预测出了稳定的四方结构。研究发现，四方结构的形成主要是由于较长的AB二嵌段向ABA三嵌段膨胀，从而产生了拉伸桥接效应，降低了圆柱体的堆积配位数。同时，AB嵌段中的长B块与ABA嵌段中的短B块之间的分离释放了矩阵内部链的高堆积压力。这两种协同效应显著减少了四方结构相对于六边形结构的界面面积，从而降低了其界面能，尽管它们也扩大了界面宽度。由于所研究的混合物仅包含两种简单的嵌段共聚物，我们的工作有望促进对这种非传统四方结构的实验发现。