利用液滴動態(tài)潤濕行為研究界面效應(yīng)對PS超薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變行為的影響.pdf

1、高分子薄膜的厚度隨納米器件尺寸的減小而不斷降低。當(dāng)薄膜厚度降低到高分子鏈的尺度后，聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變行為會與本體發(fā)生偏離。界面效應(yīng)是影響聚合物薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度偏離本體的主要因素之一。并且隨著薄膜厚度的降低，界面效應(yīng)的影響愈加顯著。探究衡量界面相互作用強弱的物理參量能夠進一步揭示界面效應(yīng)影響聚合物薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的本質(zhì)。
　　薄膜力學(xué)性能隨溫度變化，利用液滴動態(tài)潤濕行為可以直接研究聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。本文通過改變PS

2、鏈末端功能基團種類和PS分子量來調(diào)節(jié)聚合物薄膜與基底的界面相互作用，利用液滴動態(tài)潤濕行為及橢圓偏振儀研究了界面效應(yīng)對PS超薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　(1)不同分子量端基化PS超薄膜在SiO2基底表面的Tjm均隨薄膜厚度的降低而降低。但是薄膜Tjm降低程度以及Tjm開始偏離本體的臨界厚度隨端基種類和PS分子量的不同而發(fā)生變化。當(dāng)分子量小于120 kg/mol時，相同厚度下Tjm的次序為:HO-PS-OH＞HOOC-P

3、S-COOH＞H-PS-H;臨界厚度的次序為:HO-PS-OH＜HOOC-PS-COOH＜H-PS-H。并且相同厚度下分子量越小，HO-PS-OH和HOOC-PS-COOH薄膜的Tjm越高，臨界厚度越小;而H-PS-H薄膜Tjm的厚度依賴性與分子量無關(guān)。當(dāng)分子量大于120 kg/mol時，不同端基化PS超薄膜Tjm的厚度依賴性基本相同?；着cPS鏈末端功能基團間的界面相互作用差異是導(dǎo)致PS超薄膜具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變行為的主要原因。利用橢圓

4、偏振儀測得的結(jié)果與液滴動態(tài)潤濕行為的結(jié)果非常相似。因此，液滴動態(tài)潤濕行為測量聚合物薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法是可行的且具有普適性的。
　　(2)基底表面PS薄膜的吸附層厚度（Ra）與PS回轉(zhuǎn)半徑(Rg)的比值可作為衡量界面效應(yīng)影響聚合物薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的主要參數(shù)之一。PS超薄膜Tjm的降低值（△Tjm）隨R。Rg值的增大而線性增大;同時，Tjm開始偏離本體的臨界厚度隨Ra/Rg值的增加而線性減小。本論文首次發(fā)現(xiàn)了Ra/Rg與聚合物

5、薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系，并且根據(jù)RaRg值可以估測與基底間具有不同界面相互作用的聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
　　(3)界面效應(yīng)也對液滴在聚合物薄膜表面的stick-slip行為產(chǎn)生影響。不同分子量端基化PS超薄膜的最大跳躍角(△θmax)隨薄膜厚度變化的斜率Kθ以及最大跳躍角（△θmax）隨wetting ridge高度變化的斜率Kw均隨Ra/Rg值的增大而線性增大。表明界面相互作用越強，PS超薄膜的最大跳躍角（△θmax）和