嵌段共聚物由于具有构成它们均聚物的所有重要特征而又抑制了宏观相分离的发生，因而在工业领域有着广泛而重要的应用。另外，嵌段共聚物体系是典型的软物质，具有软物质体系最引人注目的特征：可以通过自组装形成纳米尺度的有序结构。这些结构在纳米刻蚀、纳米反应器、纳米胶囊等领域有着巨大的应用前景。同时，嵌段共聚物又是探讨自组装行为的理想模型系统。因此，无论在工业应用、纳米技术还是基础理论研究领域，嵌段共聚物都具有重要的意义。
嵌段共聚物在纳米技术领域的应用与传统的应用不同，前者直接依赖于材料自组装结构的形态和相区尺寸。因此，了解体系的自组装形态结构及其演化规律是实现其纳米技术应用的关键。经过过去多年的努力，人们对最简单的嵌段共聚物体系-两嵌段共聚物熔体的相行为有了很好的认识。然而一些已有的实验结果显示，嵌段共聚物复杂体系可形成多种复杂的自组装结构，提供了更多应用的可能性。如何理解已有实验结果，并阐明这些复杂自组装结构的形成机理和演化规律，是本领域有待解决的挑战性科学问题，它对应用至关重要。如何从微观层次上预测新型自组装结构是另一个有待解决的挑战性科学问题，它对通过分子设计制备新材料至关重要。
孙平川，1986年从南开大学物理系获得学士学位，1994年从南开大学物理系获得博士学位，并于1994年留校在南开大学化学学院高分子化学研究所任教，2005年任研究员。主要从事先进高分子材料、高分子物理与固体核磁共振波谱领域的研究。2008年获得国家杰出青年科学基金资助，中国物理学会波谱学专业委员会委员，中国化学会纤维素专业委员会委员。
嵌段共聚物溶液、嵌段共聚物接枝、梯度共聚物以及嵌段共聚共混等体系均可形成丰富的自组装结构。然而，影响上述复杂体系相行为的因素非常之多，构成了极大的参数空间，使得对其自组装结构相区尺寸和形态的控制变得非常复杂和困难。完全通过实验途径来解决上述问题不仅耗资、耗时，而且有些重要信息是现有的实验技术难于提供的。因此迫切需要合适的理论或计算机模拟方法来预测嵌段共聚物复杂体系的自组装形态结构及其演化规律。(www.xing528.com)
项目组首次将模拟退火方法这一分子模拟技术用于嵌段共聚物自组装体系的研究。该技术是用于获得无序体系“基态”的著名方法，由Kirkpatrick等人提出，因其具有逃逸局域陷阱的机制而被广泛应用于各种复杂问题的研究。在对嵌段共聚物自组装体系的研究中，该技术不需要对形态结构做事先的假设，可根据直接模拟结果预测未知形态的存在。另外，使用该技术获得的形态十分规则，因而对形态构象的定量分析很有意义。项目组开发了相关程序代码，系统研究了嵌段共聚物复杂体系（包括受限体系、溶液体系，以及接枝、共混和梯度共聚物体系等）的自组装行为，预测了这类体系中特有的形态结构；阐明了这类典型软物质体系的自组装形态结构及链构象随众多参数演化的规律；为典型体系构建了具有普适性的完整相图。这些工作丰富了人们对嵌段共聚物复杂体系相行为的认识，为可控地制备新型纳米器件、纳米反应器、药物载体、智能表面等提供了有力的理论依据。另外，项目组对软物质体系中的一些基本问题，如受限体系中的结构受挫、复杂自组装结构（如螺旋结构、囊泡结构等）的形成机理，以及不同结构之间转变的微观机制等进行了深入探讨：系统阐明了典型软物质——系列嵌段共聚物体系的受限自组装结构和链构象随模板表面作用、空间受限维度、受限尺度及受限几何形状等因素的演化规律；预测了螺旋、层叠圆环等多种受限诱导的新型有序结构并揭示了其形成原因；提出了基于结构受挫程度的形态转变机理以及通过构建受限模板的几何形状来控制自组装形态的思想；发展了唯象模型，很好地解释了同心层结构中层厚度的变化规律；针对星形ABC三嵌段共聚物溶液体系，构建了具有普适性的完整相图，找到了控制胶束微相分离结构和形状的主要因素及其调控方式；发现了多种新型多相分隔胶束，揭示了嵌段共聚物稀溶液中不同胶束结构间的转变机理和浓溶液中有序结构的演化规律；对溶液中接枝共聚物体系，系统研究了溶剂性质、不同组分间的相互作用、共聚物的接枝密度等对体系形态结构的调控，获得了多种新型自组装表面形貌结构。上述的系列创新结果有力推动了软凝聚态物理、高分子自组装设计与合成等领域的发展。
典型软物质系统自组装行为的研究在大分子组装领域产生重要的影响。项目成果在J.Am.Chem.Soc.、Phys.Rev.Lett.等国际著名学术刊物发表。工作的科学价值和创新性得到国际同行广泛的高度评价，引文包括美国科学基金2007年高分子发展报告、该领域的主要综述以及大量的实验和理论文章。项目在2011年获得天津市自然科学二等奖。
成果完成人：李宝会、孙平川、陈铁红、尹玉华、金庆华、丁大同
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