發(fā)布時間：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。當(dāng)高分子薄膜厚度降低至與分子鏈尺度相當(dāng)時,聚合物薄膜的物理性質(zhì)會偏離本體。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際意義。與此同時,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)、鏈受限效應(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)果無法統(tǒng)一,而且尚未有統(tǒng)一的理論對其進行解釋。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。課題組通過研究液滴在柔性固體表面wetting ridge的生長過程,發(fā)展了一種原位測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間逐漸增長,wetting ridge的高度隨時間呈線性增長,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,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。對薄膜的厚度進行歸一化(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,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,Ea與分子量無關(guān),而且隨著薄膜厚度的降低,Ea增大。(3)對于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,隨著薄膜厚度的降低,黏流溫度降低。而對于H-Si基底,當(dāng)薄膜的厚度降至~205 nm時,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,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)對聚合物薄膜的分子運動行為起決定作用,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,聚合物/基底間的相互作用力較強,基底效應(yīng)的影響深度較遠,可能超過薄膜的厚度。此時自由表面效應(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關(guān)。同時,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O632.13;TB383.2

【參考文獻】

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1 劉望龍;左彪;楊燕航;丁佳;王新平;沈之荃;;基底界面效應(yīng)對聚苯乙烯薄膜分子運動行為的影響[J];中國科學(xué):化學(xué);2013年10期

2 Dong-dong Peng;Ran-xing Nancy Li;Chi-hang Lam;Ophelia K.C.Tsui;;TWO-LAYER MODEL DESCRIPTION OF POLYMER THIN FILM DYNAMICS[J];Chinese Journal of Polymer Science;2013年01期

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本文編號：2381320