薄膜結(jié)晶圖案形成的大分子效應(yīng)——聚氧化乙烯混合物的分子分凝行為研究.pdf

1、分子量和分子量分布是線(xiàn)形高分子最重要的特征。幾乎所有高分子的物理結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都與分子量及其分布密切相關(guān)。在結(jié)晶過(guò)程中,不同分子的結(jié)晶速率不同,這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為分子分凝?；旌戏肿恿坎煌慕Y(jié)晶聚合物,在一定條件下兩組分會(huì)發(fā)生共結(jié)晶,部分分子分凝和完全分子分凝,因此通過(guò)調(diào)控結(jié)晶溫度可使混合物結(jié)晶發(fā)生分子分凝。利用不同分子量分子的結(jié)晶速率不同,我們可獲得既有好的加工性能又有好的力學(xué)性能的聚合物復(fù)合材料。
　　 聚合物薄膜因在電子光學(xué)器件、傳感

2、器、太陽(yáng)能電池等很多領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用而成為近期研究的熱點(diǎn)之一。借助于原子力顯微鏡(AFM),超薄膜結(jié)晶使人們能夠在真實(shí)時(shí)空下研究高聚物結(jié)晶及其相關(guān)鏈行為。由于薄膜體系可以被認(rèn)為是一維(1D)受限體系,故其結(jié)晶形貌、動(dòng)力學(xué)等均不同于本體結(jié)晶。在本體結(jié)晶中廣泛存在的分子分凝現(xiàn)象是否也存在于聚合物超薄膜結(jié)晶中?線(xiàn)形高分子最重要的特征--分子量及其分布,又是如何影響聚合物超薄膜結(jié)晶的?對(duì)這些問(wèn)題的思考促使本論文研究課題的提出。
　　

3、本論文中,我們采用在位的帶有熱臺(tái)的原子力顯微鏡,研究不同結(jié)晶溫度下,不同分子量((M)w=5,040g/mol和(M)=35,000g/mol)的聚氧化乙烯(PEO)等質(zhì)量混合物在硅片上形成的準(zhǔn)二維單層薄膜等溫結(jié)晶圖案。
　　 本研究工作的內(nèi)容主要包括:研究不同結(jié)晶溫度下的混合物結(jié)晶圖案,以確定本體結(jié)晶中廣泛存在的分子分凝現(xiàn)象是否也存在于聚合物超薄膜結(jié)晶中;通過(guò)定量分析結(jié)晶圖形的分形維數(shù)和結(jié)晶厚度,對(duì)比純組分和混合物的結(jié)晶圖案,

4、研究其共性和個(gè)性,探求結(jié)晶圖案形成的宏觀(guān)和微觀(guān)機(jī)制；通過(guò)在位實(shí)驗(yàn),結(jié)合動(dòng)力學(xué)分析,提出部分分子分凝區(qū)域結(jié)晶圖案形成機(jī)理。
　　 本研究工作的研究意義在于:我們證明了聚合物薄膜結(jié)晶主要受擴(kuò)散作用和表面成核作用控制。無(wú)論是混合物還是聚合物純組分,低溫時(shí)擴(kuò)散主導(dǎo)聚合物薄膜結(jié)晶,形成分形結(jié)晶圖案,而高溫時(shí)表面成核則是結(jié)晶圖案形成的主要控制因素。在混合物體系中,我們發(fā)現(xiàn)聚合物超薄膜結(jié)晶也會(huì)發(fā)生共結(jié)晶、部分分子分凝結(jié)晶和完全分子分凝。在部分

5、分子分凝區(qū)域我們首次觀(guān)測(cè)到具有雙厚度的結(jié)晶圖案,通過(guò)在位AFM觀(guān)測(cè),并對(duì)其結(jié)晶行為進(jìn)行詳細(xì)分析,我們提出了該圖案形成機(jī)理。我們認(rèn)為:薄的分形主干主要由高分子量的PEO形成,而其厚的邊緣主要由低分子量的PEO形成。高分子量分子具有相對(duì)較高的過(guò)冷度,容易成核,先結(jié)晶形成中間樹(shù)枝狀的主干部分,該過(guò)程由擴(kuò)散控制凝聚機(jī)理(DLA)控制。長(zhǎng)鏈分子在其晶體尖端為短鏈分子提供了成核位點(diǎn),短鏈分子后結(jié)晶,但由于其鏈長(zhǎng)較短,且具有高的擴(kuò)散速度,在高的結(jié)晶溫