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本文围绕共混高聚物薄膜中相分离微结构的表征和调控,发展新的微结构制备方法,研究其物理特性,探索其作为微结构功能材料的可能性。具体内容如下:
第一,系统研究了PS/PMMA混合物薄膜相分离稳定态的微结构与实验条件的关系,自组织制备了PMMA.的环形结构,并揭示了PS/PMMA的表面及界面的形貌与界面能及范德瓦尔斯相互作用能的关系。通过原子力显微等手段我们研究了PS/PMMA混合物薄膜相分离微滴结构的表面及界面特征。PS及PMMA的表面形貌均由各自的表面能决定,分别为球缺与对数曲面;而PS/PMMA的界面形貌由PS/PMMA的界面能及其PS/PMMA界面与衬底间的长程范德瓦尔斯相互作用能共同决定,介于柱形曲面及球缺之间。通过改变实验条件,可实现PS/PMMA界面与衬底间的长程范德瓦尔斯相互作用能的调节,从而制备PMMA的环形及纳米多孔结构。
第二,以高聚物相分离微结构为模板,利用磁增强反应离子刻蚀和金属热蒸发法制备了三维光学微腔,此光学微腔在红外波段具有增强透射的性质并且共振频率可调。通过PS/PMMA混合物薄膜的相分离过程、利用反应离子刻蚀将相分离微结构转移至硅衬底、利用热蒸发的方法进行金属银的沉积,我们成功制备了微米/亚微米尺度的三维光学微腔。光学微腔的特征尺度由PS/PMMA相分离微结构决定。通过调节混合溶液的浓度,可实现相分离微结构特征尺度的调节,进而调节了光学微腔的特征尺寸,最终实现了光学微腔共振频率的调节。
第三,我们利用共混高聚物相分离的方法制备了PMMA纳米多孔薄膜用于可见光波段的减反膜。首先,原子力显微术对PMMA纳米多孔薄膜形貌的研究表明,随着PMMA重量分数的增加,PMMA相逐渐由分散相向连续相过渡。其次,由于多孔结构降低了薄膜的有效折射率,从而提高了薄膜的透射率,其透射率达99.5%,可以作为减反膜应用。PMMA纳米多孔薄膜的折射率可以通过调节混合溶液中PMMA的重量分数进行调节。随着PMMA的重量分数的减小,折射率可降为1.23。另外,通过调节PMMA薄膜的厚度,可以调节透射率极大在可见光波段中的位置。