ABAトリブロックコポリマー薄膜のせん断誘発ラメラアライメントの分子動力学研究

この研究では、薄膜ABAトリブロックコポリマー溶融物のせん断誘発ラメラアライメントは、非平衡粗粒子動力学シミュレーションを介して達成されました。ABAトリブロックコポリマーシステムは、ABディブロックコポリマーシステムと比較して、異なるせん断条件下でわずかに異なる位相挙動を示しました。壁の速度のみを考慮した以前の研究とは異なり、フロリー・ハギンズパラメーターは、ラメラのアラインメントを決定する要因と考えられていました。事前に整列したラメラとランダムに混合されたポリマーを、せん断シミュレーションの初期状態として使用して、それぞれのせん断誘導ラメラアライメントを比較しました。2つの初期条件は、異なるアライメント動作を示しました。具体的には、事前に整列したラメラでは、システムがせん断方向に整列していないときに傾斜した構造が観察されました。傾斜した構造と再編成された構造の違い、シミュレーション時間のポテンシャルエネルギー、van Hove相関関数のポリマーダイナミクス、および方向順序パラメーターの違いを調査しました。傾斜した構造は、局所ポリマー鎖の制限された動きに由来する再編成のエネルギー障壁によって誘導されると推測されました。エネルギーバリアを通過すると、ブロック共重合体はせん断方向に整列して、ポリマーの流れを介してエネルギー安定化を達成する傾向があります。

In this study, the shear-induced lamellar alignment of a thin-film ABA triblock copolymer melt was achieved via a non-equilibrium coarse-grained molecular dynamics simulation. The ABA triblock copolymer system displayed a slightly different phase behavior under different shear conditions compared to the AB diblock copolymer system. Unlike previous studies that only considered the wall velocity, the Flory-Huggins parameter was considered in our study as a factor that determines lamellar alignment. Pre-aligned lamellae and randomly mixed polymers were used as the initial states for the shear simulation to compare the shear-induced lamellar alignment on each. The two initial conditions displayed different alignment behaviors; specifically, in the pre-aligned lamellae, a tilted structure was observed when the system was not aligned in the shear direction. To explain the difference between the tilted and realigned structures, the potential energy over the simulation time, polymer dynamics from the Van Hove correlation function, and the directional order parameter were investigated. It was inferred that a tilted structure is induced by the energy barrier of realignment originating from the restricted movement of the local polymer chains. Once they cross the energy barrier, block copolymers tend to align in the shear direction to attain energy stabilization through the polymer flow.