θ-溶媒中の明示的な移植点を備えたテザーポリマーに関する理論的研究

さまざまな移植密度を持つ固体基質に化学的に化学的に移植されたポリマーに関する系統的研究は、自己整合性平均場理論（SCMFT）に基づいて提示されます。移植点の分布は明示的に含まれており、各グラフトポイントの3つの座標はすべて、計算中に固定されています。溶媒分子の存在もモデルで明示的に考慮されており、θ-溶媒の場合が調査されます。システムの構造は、3次元空間でSCMFT方程式を解くことによって導出されます。移植密度が低い場合、システムは非常に不均一で典型的なキノコのような構造が導出されます。一方、移植密度が十分に高い場合、システムは基質に沿ってほぼ均一であり、ポリマー濃度プロファイルは1次元SCMFT計算の数値結果と一致しています。「マッシュルーム」レジームとポリマーブラシのクロスオーバーは、移植密度を調整することにより得られます。さらに、ブラシの制限では、ブラシの根平均2層の厚さは重合の程度に直線的に依存していますが、移植密度への依存性は一般に単純な電力法則よりも複雑です。

Systematic studies on the polymers chemically grafted onto a solid substrate with various grafting densities are presented based on the self-consistent mean-field theory (SCMFT). The distribution of the grafting points is explicitly included and all the three coordinates of each grafting point are fixed during the calculations. The existence of solvent molecules is also explicitly considered in the model and the case of Θ-solvent is investigated. The structure of the system is derived by solving the SCMFT equations in three-dimensional space. For the cases of low grafting density, the system is highly inhomogeneous and typical mushroom-like structures are derived. On the other hand, when the grafting density is high enough, the system is nearly homogeneous along the substrate and the polymer concentration profile is consistent with the numerical results of one dimensional SCMFT calculations. The crossover between "mushroom" regime and polymer brush is obtained by tuning the grafting density. In addition, in brush limit, while the root-mean-squared thickness of the brush is linearly dependent on the degree of polymerization, its dependency on the grafting density is in general more complicated than a simple power law.