基底性質(zhì)對(duì)聚苯乙烯超薄膜黏彈性的影響.pdf

1、隨著納米科技的快速發(fā)展，聚合物材料的尺寸已下降至納米級(jí)別。納米尺度的受限對(duì)聚合物物理性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。黏彈性作為高分子材料特有的性質(zhì)，既能夠反映高分子鏈的微觀運(yùn)動(dòng)機(jī)理，又與高分子材料的物理性能息息相關(guān)。因此，研究納米受限態(tài)下聚合物黏彈行為具有重要的理論與實(shí)際意義。目前，基底效應(yīng)被認(rèn)為是導(dǎo)致受限態(tài)聚合物薄膜黏彈性偏離本體的主要原因之一，但人們對(duì)基底效應(yīng)影響聚合物薄膜分子動(dòng)力學(xué)行為的本質(zhì)尚不明確。此外，國(guó)內(nèi)外各研究報(bào)道的受限態(tài)下高分子動(dòng)力學(xué)

2、性質(zhì)的分子量依賴性也存在爭(zhēng)議。因此，需要進(jìn)一步深入研究界面效應(yīng)對(duì)受限態(tài)聚合物薄膜分子動(dòng)力學(xué)的影響本質(zhì)。
　　本論文通過(guò)潤(rùn)濕脊發(fā)展動(dòng)力學(xué)法系統(tǒng)探究了界面π-π作用強(qiáng)度對(duì)聚苯乙烯超薄膜黏彈性的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究了聚苯乙烯薄膜界面效應(yīng)的分子量依賴性。主要結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)調(diào)控基底表面苯環(huán)基團(tuán)的含量探究不同π-π共軛作用強(qiáng)度對(duì)分子量為442kg/mol聚苯乙烯(PS442)薄膜黏流溫度以及黏度的影響。發(fā)現(xiàn)PS442

3、超薄膜的黏流溫度Tf、黏度發(fā)生變化的臨界厚度hc以及相同厚度PS超薄膜的黏度η均隨基底苯環(huán)含量增大而增大。同時(shí)，苯基化基底上PS442薄膜黏度-厚度依賴性與SiOx/Si基底呈相反的趨勢(shì)。當(dāng)膜厚低于臨界厚度hc時(shí)，黏度隨厚度降低而增大，且基底苯基含量越高，黏度增大越顯著。進(jìn)一步對(duì)苯基化基底影響PS薄膜黏度的原因進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)隨著基底苯基含量增大，基底的傳遞深度也逐漸增大。因此認(rèn)為基底苯基含量越大，聚合物/基底π-π共軛作用越強(qiáng)，PS44

4、2薄膜分子運(yùn)動(dòng)能力越弱，同時(shí)基底影響深度增大，所以導(dǎo)致PS薄膜黏度和黏流溫度增大。這一結(jié)果表明通過(guò)調(diào)節(jié)界面相互作用可以改變界面?zhèn)鬟f深度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)PS442薄膜黏彈性的調(diào)控。
　　(2)通過(guò)改變PS薄膜的分子量研究了界面效應(yīng)影響PS超薄膜黏彈性的分子量依賴性。本論文研究分子量范圍為169kg/mol～2698kg/mol的聚苯乙烯，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mw大于442kg/mol時(shí)，相同膜厚的PS薄膜在高苯環(huán)含量基底(PTS-4)上的黏度增量隨分子

5、量增大而降低。同時(shí)，分子量越大，基底苯環(huán)含量對(duì)相同厚度PS薄膜黏度的影響越弱。主要原因可能是分子量較大的PS分子鏈在界面處具有較小的堆積密度以及較大的自由體積。當(dāng)薄膜降至臨界厚度以下時(shí)，較大的自由體積提高了界面分子運(yùn)動(dòng)能力，因而表現(xiàn)出分子量越大界面效應(yīng)對(duì)PS薄膜動(dòng)力學(xué)性質(zhì)影響越弱的現(xiàn)象。
　　同時(shí)，當(dāng)Mw小于442kg/mol時(shí)，發(fā)現(xiàn)界面效應(yīng)對(duì)PS薄膜黏度的影響隨分子量增大而增強(qiáng)。表明442kg/mol為界面效應(yīng)對(duì)PS薄膜影響最顯