Theoretical studies of self-assembly behavior and property-morphology relationships in polystyrene-polyisoprene block copolymers

การศึกษาเชิงทฤษฎีของพฤติกรรมการรวมกลุ่มกันเองและความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติ-สัณฐานวิทยาในโคพอลิเมอร์แบบบล็อกพอลิสไตรีน-พอลิไอโซพรีน

Name: Natthiti Chiangraeng

LCSH: Copolymers

LCSH: Block copolymers

LCSH: Polymers

Abstract: Polystyrene-block-polyisoprene (PS-b-PI) diblock copolymer is an inspiring representative diblock copolymer due to its prominent variety of distinct morphologies. The molecular dynamics (MD) simulations were used to prepare crucial parameters for coarse-grained simulations, while we performed dissipative particle dynamics (DPD) and mesoscopic dynamics (MesoDyn) simulations to explore a morphology and its transition. An extended coarse-grained model based on actual molecular weight of block copolymer (BCP) was developed at set of annealing temperatures. With this simulation, the morphologies at an equilibrium state were in line with the reported experimental evidence at the selected temperature. Not only the morphology was correctly predicted, but its morphological transition from a homogenous state to attaining equilibrium morphology have been demonstrated and explained. To provide superior insightful information on the self-assembly behavior of the PS-b-PI diblock copolymer, the effects of the model chain length (N), volume fraction of the components (f) and temperature (T) on the morphology formation were systematically investigated. The phase diagrams were also constructed based on simulated morphologies and they were in good agreement with the previously proposed theoretical phase diagram of diblock copolymers. Moreover, we proposed a new analysis method for morphological identification and classification using principal component analysis (PCA). We found that radial distribution function (RDF) and structure factor (S(k)) corresponding to each morphology are key characteristics for morphological identification and classification. With this method, all morphologies were statistically and effectively grouped, and the results are in good agreement with the conventional method.

Abstract: โคพอลิเมอร์แบบสองบล็อกพอลิสไตรีน-พอลิไอโซพรีน (พีเอส-บี-พีไอ) นับเป็นตัวแทนของโคพอลิเมอร์แบบสองบล็อกที่น่าสนใจเนื่องจากมีความหลายหลายของสัณฐานวิทยา การจำลองพลศาสตร์เชิงโมเลกุล (เอ็มดี) ใช้ในการเตรียมพารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการจำลองแบบคอร์ส-เกรน ในขณะที่การจำลองพลศาสตร์แบบดิสซิเปทีฟ (ดีพีดี) และการจำลองพลศาสตร์ระดับมีโซ (มีโซไดน์) ใช้สำหรับศึกษาสัณฐานวิทยาและการเปลี่ยนสถานะ แบบจำลองคอร์ส-เกรนในการศึกษานี้ออกแบบโดยอ้างอิงกับน้ำหนักโมเลกุลจริงของโคพอลิเมอร์ ณ อุณภูมิที่เลือกให้ความร้อน จากวิธีการจำลองนี้ สัณฐานวิทยา ณ สมดุลที่ได้มีความสอดคล้องกับหลักฐานทางการทดลองที่มีรายงานมาก่อนหน้า ณ อุณภูมิที่เลือก ไม่เพียงแค่สัณฐานวิทยาได้ถูกทำนายอย่างถูกต้องเท่านั้น แต่ยังแสดงและอธิบายถึงการเปลี่ยนสถานะทางสัณฐานวิทยาจากสถานะที่ผสมเป็นเนื้อเดียวกันจนได้สัณฐานวิทยาที่สมดุลด้วย ทำให้ได้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพฤติกรรมการรวมกลุ่มกันเองของโคพอลิเมอร์พีเอส-บี-พีไอแบบสองบล็อกชัดเจนยิ่งขึ้น ผลของความยาวของสายโซ่ของโมเดล (N) สัดส่วนโดยปริมาตรของพอลิเมอร์ ที่เป็นองค์ประกอบ (f) และอุณหภูมิ (T) ต่อการเกิดสัณฐานวิทยาถูกศึกษาอย่างเป็นระบบ แผนผังวัฏภาคถูกสร้างขึ้นโดยอ้างอิงจากสัณฐาณวิทยาที่ได้จากการจำลอง และแผนผังวัฏภาคดังกล่าวนี้มีลักษณะที่สอดคล้องกับแผนผังวัฏภาคของโคพอลิเมอร์แบบสองบล็อกที่สร้างจากทฤษฎีที่มีการเสนอมาก่อนหน้า ยิ่งไปกว่านั้น ได้เสนอวิธีการวิเคราะห์ใหม่สำหรับการระบุชนิดและจัดกลุ่มของสัณฐานวิทยาโดยการใช้วิธีการวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) พบว่าฟังก์ชันการกระจายเชิงรัศมี (RDF) และแฟกเตอร์โครงสร้าง (S(k)) ที่มีความสัมพันธ์กับแต่ละสัณฐาณวิทยาเป็นลักษณะเฉพาะที่สำคัญเพื่อระบุและจัดกลุ่มสัณฐานวิทยา โดยวิธีการนี้ สัณฐานวิทยาถูกจัดกลุ่มโดยวิธีการทางสถิติอย่างมีประสิทธิภาพ และผลที่ได้มีสอดคล้องกับวิธีการดั้งเดิม

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Piyarat Nimmanpipug

Role: Advisor

Name: Runglawan Somsunan

Role: Advisor

Name: Kiattikhun Manokruang

Role: Advisor

Name: Supat Jiranusornkul

Role: Advisor

Created: 2023

Modified: 2567-01-17

Issued: 2023-12-11

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Chemistry

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	600551057.pdf	1.95 MB

ใช้เวลา

0.020901 วินาที