外场调控作用下PEO超薄膜的形貌及结晶研究

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绿色可降解聚合物聚氧化乙烯(PEO)超薄膜的研究不仅可以在环保的基础上满足人们对材料便携性能的需求,同时也可以帮助人们加深对聚合物在超薄膜上结晶机理的认识。由于聚合物材料的性质很容易受到外部作用的影响而发生改变,因此通过外场调控作用PEO超薄膜会产生很多有趣的表面形貌以及发生不同的结晶行为。本文基于不同的外场条件对PEO超薄膜的形貌及晶体取向展开了研究。首先利用热退火的方法对PEO超薄膜展开研究。讨论了玻璃基底与聚乙烯基苯酚(PVPh)基底上的PEO超薄膜表面形貌的变化,研究发现玻璃基底上的PEO超薄膜在大部分厚度与结晶温度的条件下都有良好的晶体形貌和取向。而能于PEO间产生氢键的PVPh基底则在大部分厚度与结晶温度的条件下都没有良好的晶体形貌。这说明可以通过基底的改变来调节PEO超薄膜表面形貌及结晶性能。对于玻璃基底上的PEO超薄膜,发现其表面形貌与薄膜的厚度有着相关性,热退火前后的超薄膜表面都随着厚度的增加变得致密并且形貌从支状逐渐转变为束状。此外薄膜的表面形貌也可以通过等温结晶的温度来调节,结晶温度的升高会使得晶体尺寸增加。通过高分辨X射线衍射仪(HRXRD)表征发现无论是在玻璃基底上还是在PVPh基底上的PEO超薄膜均未检测出PEO的特征峰信号。然后,通过热压印的方法基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)光栅模板与多孔阳极氧化铝(AAO)模板对15 nm与40 nm厚度的PEO超薄膜进行图案化。发现图案化的效果是由熔融温度(Tm)、熔融时间(t)以及对热压印系统施加的重量(W)或压力(P)协同调节的,不同条件的组合可以构筑不同的图案化表面。工作通过大量试验确定了不同膜厚PEO超薄膜图案化的最适条件。实现了在15 nm与40 nm的PEO超薄膜上对PDMS光栅模板与AAO孔状模板的完美复制。最后基于能与PEO之间形成氢键作用的非晶聚合物PVPh以及不能与PEO之间形成氢键作用的非晶聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的掺杂对共混作用下PEO超薄膜的形貌以及结晶性能展开了研究。研究发现PVPh和PMMA的掺杂会对表面形貌产生很大的影响,表面形貌可以通过改变掺杂比例来调节。不仅如此,根据XRD显示一定比例的PVPh掺杂也会使得晶体取向发生改变,PEO在2θ=19°时的特征峰信号强度也会随着PVPh掺杂的比例而变化。与之不同的是对于PMMA掺杂的PEO超薄膜XRD均未检测到PEO的特征峰信号。将这些薄膜经过条件相同的热退火处理后发现,热退火处理可以改变这些掺杂了非晶聚合物的PEO超薄膜的表面形貌,同时也会使PEO在2θ=19°时的特征峰信号强度发生改变。
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