对称嵌段共聚物图样形成的动理学(Kinetics of pattern formation in symmetric diblock copolymer melts)

报告人：任永志博士 （德国哥廷根大学）

时间：2018年6月1日，上午16:00

地点：广州大学计算机实验楼709室

报告摘要：在热力学平衡态，共聚物通过自组装形成空间上长程有序的晶体结构。实验中，当系统被快速冷却到转变温度以下，这种理想的、无缺陷的结构往往难以获得。我们通常得到的是一个类似指纹型的结构（fingerprint-like）。这种指纹型结构到热力学平衡的晶体结构的弛豫时间非常漫长，因为这一过程包含无数个热激发过程 （thermally activated processes）。这种由崎岖的自由能曲面（free-energy landscape）导致长弛豫时间的体系与玻璃态十分相似。在这个的工作中，我们研究了对称两嵌段共聚物经淬冷后，从高温无序态到层状相的动理学。通过大规模显卡（GPU）并行粒子模拟，我们定量地测量了图样的关联长度以及欧拉数随模拟时间的变化。分析结果表明，从ΧN=15到ΧN=20，形成平衡态结构的弛豫时间逐步地增长；而中间并没有发现形成玻璃态转变点。我们用模拟中得到的粒子密度场作为自洽场计算（self-consistent field theory）的初始值。后者会自动收敛到自由能曲面的极小值点。结合粒子模拟技术和自洽场计算技术，我们发现粒子模拟中图样的拓扑结构和自由能曲面中的盆地有着密切的联系；也就是说当系统从一个自由能盆地(free-energy basin)跃迁到另一个自由能盆地时，图样的拓扑结构会发生变化。我们将自洽场技术和弦方法结合求解拓扑结构改变这一过程的最小自由能路径（minimum free-energy path）。我们发现图样到对应亚稳态的弛豫时间与亚稳态中热力学激发的弛豫时间没有分离，因此最小自由能路径可能高估了拓扑结构转变的时间。