A MENAGERIE OF INTERFACE STRUCTURES IN COPOLYMER SYSTEMS

Résumé
Les macromolécules de copolymère dibloc peuvent être considérées comme amphophiles. De telles molécules s'auto-assemblent instantanément sous forme d'un grand nombre de structures qui présentent des surfaces de courbure moyenne à peu près constante séparant les composants du matériau. Les transitions ordre-désordre dans les matériaux non traités résultent en des structures de micro-domaines ordonnés formes de sphères BCC, de cylindres groupés hexagonalement et de lamelles empilées. De plus la structure double diamant bicontinu ordonne (OBDD) se trouve aussi apparaître sous forme de phase cubique entre les morphologies cylindriques et lamellaires. La structure de l'interface de l'OBDD ressemble à une famille de surfaces de courbure moyenne constante récemment découvertes qui incluent la surface minimale D de Schwarz. Une autre structure d'interface qui approxime la Première Surface de Scherk est une rotation de 90 degrés de la frontière entre les grains de lamelles. Le mélange d'un copolymère dibloc avec un homopolymère fournit un système binaire aux usages variés qui présente une concentration micellaire critique, des micelles sphériques et cylindriques, des vesicles lamellaires ainsi que des transitions ordonnées dépendant de la composition. La pénétration du homopolymère dans un coté de la région proche de l'interface joue un rôle dans les variations observées de la courbure de l'interface dans les mélanges aussi bien que dans le copolymère dibloc pur. Des géométries confinantes telles que les surfaces externes, les films fins et les micro-gouttelettes peuvent influencer les structures de l'interface. Il a été montré que des structures chaotiques discontinues ainsi que parallèles à la surface telles que des coques sphériques concentriques apparaissent dans les micro-gouttelettes d'un copolymère dibloc qui forment des microdomaines lamellaires dans le matériau.

Abstract
Diblock copolymer macromolecules may be viewed as giant amphiphiles. Such molecules readily self-assemble into a wide variety of structures which exhibit intermaterial dividing surfaces of approximately constant mean curvature. Order-disorder transitions in bulk materials result in ordered microdomain structures of BCC spheres, hexagonally packed cylinders and stacked lamella. An additional structure, the ordered bicontinuous double-diamond (OBDD) is also shown to occur as a cubic phase between the cylindrical and lamellar morphologies. The interface structure of the OBDD resembles a recently discovered family of constant mean curvature surfaces which include the Schwarz D minimal surface. Another interface structure which approximates Scherk's First Surface is a 90 twist boundary between grains of lamella. Blending of diblock copolymer with homopolymer provides a versatile binary system which displays a critical micelle concentration, spherical and cylindrical micelles, lamellar vesicles as well as ordering transitions depending on composition. The penetration of homopolymer into one side of the near-interface region accounts for the observed variations in interface curvature in blends from that of the pure diblock. Confining geometries, such as external surfaces, thin films and microdroplets can influence interface structures. Chaotic bicontinuous as well as parallel surface structures such as concentric spherical shells are shown to occur in microdroplets of a diblock copolymer which forms lamellar microdomains in the bulk.