共聚是調(diào)控高分子材料結(jié)晶性能的有效手段。以聚乙烯為例,從高密度聚乙烯,到低密度聚乙烯,再到線型低密度聚乙烯,直至聚烯烴熱塑性彈性體,共聚在結(jié)晶高分子中獲得了較為普遍的應(yīng)用。共聚單元的序列分布對共聚物結(jié)晶行為起著決定性的作用,因而其影響機(jī)制是高分子材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究中的重要科學(xué)問題。另外,作為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)之一的Beta折疊,其為蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)疏水內(nèi)核帶來熱力學(xué)穩(wěn)定性,Beta折疊受限于氨基酸有限的規(guī)整序列長度,這一化學(xué)受限效應(yīng)也是蛋白質(zhì)折疊研究需要重點(diǎn)關(guān)注的基礎(chǔ)科學(xué)問題。
在國家自然科學(xué)基金委的項(xiàng)目資助下,南京大學(xué)胡文兵教授從可結(jié)晶共聚物鏈單元序列化學(xué)結(jié)構(gòu)的分子建模出發(fā),圍繞無規(guī)共聚物和嵌段共聚物序列結(jié)構(gòu)對其結(jié)晶行為的調(diào)控機(jī)制,總結(jié)了近年來采用動態(tài)Monte Carlo分子模擬方法所開展的相關(guān)研究進(jìn)展。以靜態(tài)條件下溫度調(diào)控結(jié)晶和動態(tài)條件下應(yīng)變誘導(dǎo)結(jié)晶這兩個方面為脈絡(luò),綜述涉及聚乙烯結(jié)晶(圖1)、兩嵌段共聚物自組裝受限結(jié)晶(圖2)和熱塑性彈性體取向誘導(dǎo)結(jié)晶(圖3)等典型應(yīng)用案例,旨在表明有效的分子建模有助于我們深入理解共聚物結(jié)晶的微觀調(diào)控機(jī)制,以便更好地從事高分子材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)。
以下圖3顯示嵌段共聚物拉伸誘導(dǎo)結(jié)晶的稀相情景,兩組分的微相分離帶來大量的小晶疇(黃色區(qū)域)。小晶疇作為拉伸變形過程可犧牲的硬疇結(jié)構(gòu),給熱塑性彈性體帶來較高的韌性,由于其在后續(xù)拉伸過程中難以立即恢復(fù),也是熱塑性彈性體呈現(xiàn)顯著應(yīng)變軟化現(xiàn)象(Mullins效應(yīng))的原因。
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