利用液滴動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕行為研究界面效應(yīng)對(duì)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(huì)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(qiáng)弱的物理參量能夠進(jìn)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(dòng)態(tài)潤(rùn)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(guò)改變PS

2、鏈末端功能基團(tuán)種類(lèi)和PS分子量來(lái)調(diào)節(jié)聚合物薄膜與基底的界面相互作用，利用液滴動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕行為及橢圓偏振儀研究了界面效應(yīng)對(duì)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(kāi)始偏離本體的臨界厚度隨端基種類(lèi)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(shí)，相同厚度下Tjm的次序?yàn)?HO-PS-OH＞HOOC-P

3、S-COOH＞H-PS-H;臨界厚度的次序?yàn)?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(lài)性與分子量無(wú)關(guān)。當(dāng)分子量大于120 kg/mol時(shí)，不同端基化PS超薄膜Tjm的厚度依賴(lài)性基本相同?；着cPS鏈末端功能基團(tuán)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(cè)得的結(jié)果與液滴動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕行為的結(jié)果非常相似。因此，液滴動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕行為測(cè)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(shí)，Tjm開(kāi)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(cè)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(duì)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(qiáng)，PS超薄膜的最大跳躍角（△θmax）和