發(fā)布時(shí)間：2018-12-15 21:29

【摘要】：聚合物薄膜材料因其性能卓越、用途廣泛成為納米材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。當(dāng)高分子薄膜厚度降低至與分子鏈尺度相當(dāng)時(shí),聚合物薄膜的物理性質(zhì)會(huì)偏離本體。納米尺度聚合物薄膜的使用壽命、耐熱性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與聚合物薄膜的黏彈性緊密相關(guān)。研究受限條件下聚合物薄膜的黏彈性具有重要的理論與實(shí)際意義。與此同時(shí),由于薄膜尺寸降低導(dǎo)致自由表面效應(yīng)、聚合物/基底間界面效應(yīng)、鏈?zhǔn)芟扌��?yīng)以及非平衡態(tài)效應(yīng)的存在,使得聚合物薄膜的黏度和Tg都將出現(xiàn)厚度的依賴性。目前不同表征手段所得結(jié)果無(wú)法統(tǒng)一,而且尚未有統(tǒng)一的理論對(duì)其進(jìn)行解釋。因此尋求一種新的技術(shù)研究納米尺度聚合物薄膜的黏彈性迫在眉睫。課題組通過(guò)研究液滴在柔性固體表面wetting ridge的生長(zhǎng)過(guò)程,發(fā)展了一種原位測(cè)量薄膜黏度的新方法。研究發(fā)現(xiàn)隨著液滴作用于薄膜的時(shí)間逐漸增長(zhǎng),wetting ridge的高度隨時(shí)間呈線性增長(zhǎng),而且聚合物薄膜的黏度與線性部分的斜率滿足公式:η=0.37γsinθ/k。本文利用這種方法研究了受限條件下兩種不同基底上(Si/SiOx基底和H-Si基底)PS薄膜的黏彈性。得到以下結(jié)論:(1)當(dāng)薄膜的厚度降至某一臨界值時(shí),若以Si/SiOx為基底,PS薄膜的黏度隨膜厚的降低而降低。若以H-Si為基底,黏度隨膜厚的降低而增加。對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行歸一化(除以相應(yīng)分子量的Rg),發(fā)現(xiàn)Si/SiOx基底上PS薄膜的黏度減小的臨界厚度約為7.5 Rg,H-Si基底上黏度增加的臨界厚度約為10.8 Rg。此外,發(fā)現(xiàn)Si/SiOx基底上,黏度與分子量滿足:η~Mw3.4。H-Si基底上,黏度與分子量則滿足:η~Mw3.0。(2)無(wú)論是Si/SiOx基底還是H-Si基底,PS超薄膜黏度與溫度的依賴關(guān)系均滿足Arrhenius方程,經(jīng)擬合可得到不同分子量PS薄膜的黏流活化能Ea。當(dāng)以Si/SiOx為基底時(shí),Ea與分子量有關(guān),隨著分子量的升高,Ea增大。而且薄膜的厚度越小,Ea的分子量依賴性越大。當(dāng)以H-Si為基底時(shí),Ea與分子量無(wú)關(guān),而且隨著薄膜厚度的降低,Ea增大。(3)對(duì)于Si/SiOx基底,PS薄膜分子量為442 kg/mol,當(dāng)薄膜的厚度降至~140nm時(shí),隨著薄膜厚度的降低,黏流溫度降低。而對(duì)于H-Si基底,當(dāng)薄膜的厚度降至~205 nm時(shí),隨著薄膜厚度的降低,黏流溫度升高。同樣研究了兩種不同基底上PS薄膜黏流溫度的分子量依賴性,發(fā)現(xiàn)H-Si基底支撐的PS薄膜黏流溫度的分子量依賴性要比Si/SiOx基底支撐的弱。以上現(xiàn)象均和黏度的厚度依賴性以及分子量依賴性相符。(4)研究發(fā)現(xiàn)基底效應(yīng)的傳遞深度受聚合物/基底界面相互作用力強(qiáng)弱的影響。界面相互作用力越大,基底效應(yīng)在薄膜內(nèi)傳遞的深度也越大。當(dāng)以Si/SiOx為基底時(shí),由于聚合物和基底間的界面相互作用力較弱,基底效應(yīng)的影響深度較小,自由表面效應(yīng)對(duì)聚合物薄膜的分子運(yùn)動(dòng)行為起決定作用,導(dǎo)致薄膜的黏度、黏流活化能以及黏流溫度隨膜厚的降低而降低,而且黏度降低的臨界厚度較小。此時(shí)聚合物薄膜的黏度主要由纏結(jié)控制,故分子量增大,黏流活化能增大。當(dāng)以H-Si為基底時(shí),聚合物/基底間的相互作用力較強(qiáng),基底效應(yīng)的影響深度較遠(yuǎn),可能超過(guò)薄膜的厚度。此時(shí)自由表面效應(yīng)減弱甚至被抵消,薄膜的黏度主要由界面效應(yīng)所控制,導(dǎo)致黏流活化能與分子量無(wú)關(guān)。同時(shí),聚合物與基底間的界面效應(yīng)導(dǎo)致PS薄膜的黏度、黏流活化能以及黏流溫度隨膜厚的降低而增加。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O632.13;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2381320