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自Hellmann等人首先提出基于氮化硅膜的量热仪以来,快速扫描量热技术受到了越来越多的关注,Allen、Rodnguez-Viejo、Minakov以及Christoph等课题组分别对快速量热技术进行了探索,并且开发了具有各自特点的量热仪。 Christoph教授等人改进了Allen等人所研究的绝热快速量热技术,搭建了升降温速率分别可以达到106 K/s的快速扫描芯片量热仪以及交流差分芯片量热仪,并且将其应用在高分子以及液晶小分子的熔融-再结晶-再熔融、PS/PPO超薄膜共混玻璃化转变温度与膜厚的关系、小分子晶体结构重组等研究。 德国热分析协会(GEFTA)指出对DSC仪器对称性进行验证的必要性,并且推荐了几种液晶小分子如8OCB、HP53和BCH52作为验证普通DSC仪器对称性的材料。利用过冷度较小的液晶相转变如8OCB的SmA-N和N-I,HP53的SmB-SmA、SmA-N和N-I,BCH52的SmB-N和N-I可以对不同类型的普通DSC如DSC121、Pyris1、DSC822和Q1000进行对称性研究,经过实验发现,8OCB的SmA-N转变,HP53的SmA-N转变以及BCH52的N-I转变作为验证普通DSC的基准条件。 随着快速量热技术的不断发展,该技术在科研领域的应用也越来越广泛,对其对称性进行研究也显得尤为重要。我们同样使用GEFTA所推荐的三种液晶小分子及各自液晶相转变对快速扫描芯片量热仪进行了对称性研究。由于样品大小的急剧减小,升降温速率的显著提高,使得快速扫描仪对称性检测工作具有与传统DSC不同的步骤。升温过程中结构重组以及冷结晶的存在使得对于转变峰值的测定具有一定的难度,研究发现,在降温过程中对样品在玻璃化转变温度以及熔融温度之间等温结晶足够长时间,可以消除升温过程中的杂峰,便于对转变峰值进行测定,从而作为验证对称性的依据。 亚稳态高分子在熔融过程中的亚稳态晶体的结构重组现象受到很多的关注和报道。但是,因为小分子具有很好的分子流动性,对其所进行的结构重组研究比较少。利用升降温速率可以达到105 K/s的快速扫描芯片量热仪,我们发现了液晶小分子在升温过程中亚稳态晶体的结构重组现象。液晶小分子中的亚稳态晶体可能形成于降温过程中的等温结晶过程,也可能形成于升温过程中冷结晶过程,这种亚稳态晶体的存在使得升温过程中的熔融过程以及液晶相转变过程呈现出了多重峰。当在玻璃化转变温度以及熔融温度之间等温足够长时间,使得小分子形成稳定晶体之后,升温过程中的冷结晶以及相转变过程中的多重峰现象消失。本文利用超快扫描量热仪研究液晶小分子晶体的稳定性,同时对晶体形成的动力学做了深入的研究。 最后使用最近发展起来的超灵敏差分交流芯片量热仪(AC)来研究受限于超薄膜的聚苯乙烯(以下简称PS)/聚苯醚(以下简称PPO)体系的相容性。因为PS/PPO两组份在不同的比例下依然具有很好的相容性,所以我们选择PS/PPO作为研究对象。通过比较所研究的几个通常的模型下的薄膜玻璃化转变的成分依赖性可以提供相容性的信息。另外,PS/PPO局部动力学的异质性经过了动态机械热分析(DMTA)和固体核磁共振技术(NMR)的确认。对于所研究的体系,我们发现即使是最薄的薄膜(6nm,大概是PPO回转半径的一半),也只观察到一个玻璃化转变温度。Fox,Couchman或者是Gordon-Taylor混合定律很好的描述了Tg的成分依赖性。Kim等人通过椭圆偏光法研究同样体系后指出,Tg随着膜厚的减小而降低,这与我们的结论是不一致的。但是两种方法的共同结论是:PS和PPO能够在不同厚度的薄膜,即使是几纳米的薄膜,依然保持了很好的相容性。