Нами впервые была построена теория таких пленок [1-5] для объяснения поведения диблок-сополимеров полистирола и поливинилпиридина, адсорбированных на слюде из разбавленного неселективного растворителя. Оказалось, что блоки поливинилпиридина сильно адсорбируются на поверхности, образуя практически мономолекулярный слой, а блоки полистирола агрегируют друг с другом. Разработанная теория количественно объяснила зависимость морфологии доменной структуры от композиции сополимера и размера доменов от длины блоков [1].

Структуру сверхтонких пленок можно усложнять, если адсорбировать на поверхность диблок-сополимеры разной химической структуры. В частности, нами было показано, что в результате самоорганизации смеси симметричных диблок-сополимеров типа AB и AC, у которых блоки А сильно адсорбированы на подложке (являются практически двумерными) и формируют корону мицеллы, агрегация блоков В и С может привести к образованию разнообразных структур. Если адсорбция блоков В и С соответствует частичному смачиванию, то могут быть устойчивы мицеллы со (i) смешанным ядром (блоки В и С однородно смешаны в ядре) и мицеллы с (ii) сегрегированным ядром (типа яичницы глазуньи, вареного яйца и янусоподобные, рис.) . При сильной несовместимости блоков В и С формируются «чистые» АВ и АС мицеллы [6].

Хорошо известно, что в плотнопривитых планарных щетках цепи сильно вытянуты и характерное расстояние между концами цепи пропорционально ее контурной длине. Если в качестве цепей используется диблок-сополимер с несовместимыми блоками, то, казалось бы, наиболее ожидаемой структурой должен быть бислой. Однако, нами было показано, что с увеличением плотности пришивки цепей бислой становится неустойчивым и перпендикулярно ориентированные домены «прорастают» из одного слоя в другой, формируя разнообразные структуры, рисунок [1]. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации формирования нанодоменных шаблонов с большой площадью межфазных границ и перколяцией в направлении перпендикулярном подложке. 

Типы возможных структур в плотнопривытых диблок-сополимерных щеках a) "лунки для гольфа", b) "овраги", c) и d) "сталактиты".

Нами была разработана [2] среднеполевая теория, описывающая равновесное поведение плотнопривитых щеток градиентных сополимеров в селективном растворителе, в рамках которой взаимодействия градиентного сополимера с растворителем описываются при помощи эффективного параметра взаимодействия Флори-Хаггинса, изменяющегося вдоль цепи. Теория предсказывает как сильную вытяжку цепей в щетке, так и немонотонное поведение профиля плотности щетки и зависимости ее равновесной толщины от композиции сополимера даже при незначительной несовместимости мономерных звеньев.

Зависимость равновесной толщины щетки от композиции сополимера.

Одним из наиболее распространенных способов приготовления тонких полимерных пленок является нанесение капли полимерного раствора на подложку с последующим ее вращением (spin-coating). Растекание капли под действием центробежных сил, сопровождающееся испарением растворителя, ведет к образованию пленок со свободной поверхностью (пленка ограничена твердой поверхностью только с одной стороны). В случае диблок-сополимеров в пленках возникает нанодоменная структура. Для многих высокотехнологичных приложений (получение сверхплотных массивов для хранения информации, проводящих нанопористых мембран и др.) очень важно контролировать ориентацию нанодоменной структуры относительно подложки. Для ответа на вопрос, какие физические параметры контролируют ориентацию доменов в пленках со свободной поверхностью, нашей группой была впервые разработана теория, которая объяснила влияние взаимодействий блок-сополимеров с подложкой [1] и молекулярной массы [2].

Зависимость ориентации доменов от толщины пленки и молекулярной массы. Сравнение теории с экспериментом.

Области стабильности различных структур: перпенди кулярно- (I) и параллельно- (II и III) ориенти рованные ламели.

Моделирование набухания тонких пленок диблок-сополимеров в парах растворителей позволяет приблизится к пониманию физических процессов, происходящих внутри пленки по мере проникновении молекул растворителя. Используя метод диссипативной динамики частиц, мы изучили процесс набухания пленок диблок-сополимеров с различной доменной структурой (мицеллярной [3] и ламелярной [4]) в неселективном растворителе и его парах. Наши расчеты показали, что во всех случаях имеет место неоднородное распределение растворителя в объеме пленки, маскимальная концентрация которого достигается вблизи межфазных границ. Более того, было обнаружено и экспериментально подтверждено [3], что скорость набухания пленки зависит от формы и ориентации межфазных границ.