薄膜結晶圖案形成的大分子效應——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形高分子最重要的特征。幾乎所有高分子的物理結構和性質都與分子量及其分布密切相關。在結晶過程中,不同分子的結晶速率不同,這個現(xiàn)象稱為分子分凝?；旌戏肿恿坎煌慕Y晶聚合物,在一定條件下兩組分會發(fā)生共結晶,部分分子分凝和完全分子分凝,因此通過調控結晶溫度可使混合物結晶發(fā)生分子分凝。利用不同分子量分子的結晶速率不同,我們可獲得既有好的加工性能又有好的力學性能的聚合物復合材料。
　　 聚合物薄膜因在電子光學器件、傳感

2、器、太陽能電池等很多領域都有潛在的應用而成為近期研究的熱點之一。借助于原子力顯微鏡(AFM),超薄膜結晶使人們能夠在真實時空下研究高聚物結晶及其相關鏈行為。由于薄膜體系可以被認為是一維(1D)受限體系,故其結晶形貌、動力學等均不同于本體結晶。在本體結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晶中?線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晶的?對這些問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的原子力顯微鏡,研究不同結晶溫度下,不同分子量((M)w=5,040g/mol和(M)=35,000g/mol)的聚氧化乙烯(PEO)等質量混合物在硅片上形成的準二維單層薄膜等溫結晶圖案。
　　 本研究工作的內容主要包括:研究不同結晶溫度下的混合物結晶圖案,以確定本體結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晶中;通過定量分析結晶圖形的分形維數(shù)和結晶厚度,對比純組分和混合物的結晶圖案,

4、研究其共性和個性,探求結晶圖案形成的宏觀和微觀機制；通過在位實驗,結合動力學分析,提出部分分子分凝區(qū)域結晶圖案形成機理。
　　 本研究工作的研究意義在于:我們證明了聚合物薄膜結晶主要受擴散作用和表面成核作用控制。無論是混合物還是聚合物純組分,低溫時擴散主導聚合物薄膜結晶,形成分形結晶圖案,而高溫時表面成核則是結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)聚合物超薄膜結晶也會發(fā)生共結晶、部分分子分凝結晶和完全分子分凝。在部分

5、分子分凝區(qū)域我們首次觀測到具有雙厚度的結晶圖案,通過在位AFM觀測,并對其結晶行為進行詳細分析,我們提出了該圖案形成機理。我們認為: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較高的過冷度,容易成核,先結晶形成中間樹枝狀的主干部分,該過程由擴散控制凝聚機理(DLA)控制。長鏈分子在其晶體尖端為短鏈分子提供了成核位點,短鏈分子后結晶,但由于其鏈長較短,且具有高的擴散速度,在高的結晶溫