含偶氮聚合物膜表面皺紋的光擦除與光調(diào)制研究.pdf

1、具有軟/硬層復(fù)合結(jié)構(gòu)的膜/基系統(tǒng)表面起皺是自然界和實(shí)際工程應(yīng)用中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。一方面，材料表面起皺會(huì)影響材料結(jié)構(gòu)及使用性能，是一種須極力避免的工程危害；另一方面，表面起皺能廣泛應(yīng)用于膜材料物性表征、功能性表面構(gòu)筑及柔性光電器件等諸多領(lǐng)域。然而，如何有效消除材料表面皺紋或制備特定形貌的皺紋圖案，目前仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)性難題。在本論文中，基于表面起皺機(jī)制，通過(guò)在表層膜材料中引入光響應(yīng)性組分構(gòu)建智能響應(yīng)性皺紋體系，實(shí)現(xiàn)了膜/基體系表面皺紋形貌的

2、動(dòng)態(tài)調(diào)控/擦除。根據(jù)膜/基體系的組成結(jié)構(gòu)不同，本論文工作主要分為：雙層膜/基體系和多層膜/基體系表面皺紋的光調(diào)控。
　　在雙層膜/基體系中，本論文以偶氮苯聚合物(聚分散橙3，PDO3)為膜層，以聚二甲硅氧烷(PDMS)為彈性基底構(gòu)筑了光響應(yīng)性膜/基皺紋體系(PDMS/PDO3)。通過(guò)可見(jiàn)光照射，引發(fā)PDO3膜中偶氮苯基團(tuán)發(fā)生可逆光致順?lè)串悩?gòu)化反應(yīng)進(jìn)行體系表面大面積皺紋形貌的動(dòng)態(tài)調(diào)控/擦除。系統(tǒng)考察了光強(qiáng)、入射光波長(zhǎng)、PDO3膜厚以

3、及皺紋振幅等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)膜/基體系表面皺紋形貌光調(diào)控/擦除行為的影響；最終實(shí)驗(yàn)和理論模擬表明：PDO3膜中偶氮苯基團(tuán)可逆順?lè)串悩?gòu)引發(fā)的應(yīng)力/應(yīng)變松弛是PDMS/PDO3體系表面皺紋形貌光調(diào)控/擦除的主要原因。當(dāng)該體系進(jìn)行可見(jiàn)光選區(qū)曝光時(shí)，曝光區(qū)域的皺紋被擦除；而非曝光區(qū)域的皺紋形貌仍然能夠保持，但形貌演變?yōu)榇怪庇谄毓鈪^(qū)/非曝光區(qū)邊界的高度取向性皺紋形貌。此外，借助不同的銅網(wǎng)/光掩模選區(qū)曝光，進(jìn)行了表面皺紋微結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了一系列高級(jí)

4、皺紋圖案化表面的構(gòu)筑，并探索了該光敏性體系在光可擦寫(xiě)信息存儲(chǔ)等方面的應(yīng)用。
　　在多層膜/基體系中，本論文首先以PDO3膜作為中間層，以非光敏性聚苯乙烯(PS)膜為頂層，制備了光響應(yīng)性的多層膜/基體系(PDMS/PDO3/PS)。當(dāng)熱誘導(dǎo)制備的多層膜皺紋體系經(jīng)受可見(jiàn)光曝光處理時(shí)，中間層PDO3膜內(nèi)偶氮苯基團(tuán)的可逆順?lè)串悩?gòu)引起體系表面皺紋形貌的動(dòng)態(tài)演變。實(shí)驗(yàn)和相關(guān)理論分析表明：可見(jiàn)光曝光導(dǎo)致PDO3膜內(nèi)發(fā)生光軟化效應(yīng)是多層膜/基體系

5、表面皺紋形貌演變的主要原因。借助銅網(wǎng)/光掩模選區(qū)曝光，體系表面曝光區(qū)皺紋基于PDO3膜光軟化效應(yīng)，呈現(xiàn)皺紋周期顯著降低的形貌演變；非曝光區(qū)皺紋則基于邊界效應(yīng)演變?yōu)楦叨扔行虻娜∠蛐园櫦y，由此實(shí)現(xiàn)了非光響應(yīng)性膜表面高級(jí)皺紋形貌的光調(diào)控制備。此選區(qū)曝光所形成的高級(jí)皺紋形貌，通過(guò)調(diào)節(jié)表層膜厚及銅網(wǎng)種類(lèi)實(shí)現(xiàn)了精確調(diào)控。此外，這一光響應(yīng)性體系能通過(guò)改變頂層膜材料的種類(lèi)進(jìn)一步拓展。借助于曝光前后多層膜/基體系表面皺紋形貌的變化，本論文對(duì)可見(jiàn)光曝光引起

6、層狀多層膜中PDO3膜模量的變化進(jìn)行了詳細(xì)的考察；分析結(jié)果顯示：光照條件下偶氮苯膜的模量降低約為1個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　此外，本論文進(jìn)一步基于PDO3膜作為表面層，設(shè)計(jì)引入不同類(lèi)型的中間層構(gòu)筑了兩種多層膜體系：PDMS/PS/PDO3體系以及PDMS/SiOx/PDO3體系。在選區(qū)曝光處理時(shí)，兩種多層膜體系表面曝光區(qū)皺紋呈現(xiàn)出不同的演變規(guī)律。通過(guò)系統(tǒng)考察中間層膜厚、PDO3膜厚以及中間層膜材料的種類(lèi)對(duì)該體系表面皺紋形貌光調(diào)控演變的影響，