利用電子衍射研究聚合物在圓柱受限下分子自組裝

《利用電子衍射研究聚合物在圓柱受限下分子自組裝》是依託深圳大學，由曹艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：利用電子衍射研究聚合物在圓柱受限下分子自組裝
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹艷
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

眾所周知，聚合物分子排列和取向對其在電子、生物和能源相關納米器件中有巨大潛在套用。聚合物不同維度上受限結晶研究被廣泛報導。聚合物在薄膜生長被稱為一維受限；聚合物在納米圓柱孔洞中生長被定義為二維受限；而聚合物在球狀粒子中生長則被認為三維受限。本項目集中研究聚合物在二維受限下（圓柱生長）的分子自組裝。圓柱受限通過陽極氧化鋁模板法實現，聚合物通過毛細孔力吸入模板孔洞形成納米棒(模板用KOH溶解後得到納米棒)。傳統研究聚合物圓柱受限的儀器為帶有對稱反射模式X-ray衍射儀和全反射模式傅立葉變換紅外光譜，這些設備優勢在於直接測量並給出巨觀上多根納米棒取向，可卻不能聚焦於單根納米棒逐個研究。為了更精準研究聚合物圓柱受限下分子自組裝，本研究方案提出利用透射電子顯微鏡選區電子衍射和帶有對稱反射模式的X-ray衍射儀器，深入研究不同聚合物在圓柱受限下聚合物結晶學和熱力學、動力學之間關係。

結題摘要

眾所周知，聚合物分子排列和取向對其在電子、生物、能源相關納米器件中有巨大潛在套用。聚合物在納米尺度內不同維度的受限研究被廣泛報導。聚合物在薄膜中生長被認為是一維受限；聚合物在納米圓柱孔洞中生長被定義為二維受限；而聚合物在球狀粒子中生長則被定義為三維受限。過去十年中，聚合物在軟或硬圓柱下受限結晶得到廣泛研究。 因為物理學對稱性破壞，嵌段共聚物在圓柱受限下相分離產生了許多有趣現象。在聚合物圓柱受限中，過去研究主要集中在聚合物結晶成核機理和動力學研究。在圓柱受限下，均相成核為聚合物結晶主要成核方式，同時聚合物球晶分叉生長受到了抑制。等規聚丙烯（isotactic polypropylene，i-PP）在陽極氧化鋁模板（AAO）的納米孔洞中結晶時，當孔洞直徑從300納米減小到65納米時，等規聚丙烯結晶成核機理從以異相成核為主逐漸轉變成由均相成核為主。另一方面，關於聚合物受限的結晶取向有一些X射線的相關報導，但是因為實驗手段的挑戰性和樣品製備複雜性，關於聚合物在圓柱受限下分子排列和取向研究較少，因此本項目主要集中研究在聚合物在圓柱受限下分子自組裝。 對於常見的二維廣角X射線測試（長或寬為400微米的光束尺寸），結果將合併超過10,000個納米結構實體的衍射信號，從而提供整體納米結構。 為了完全解決聚合物納米棒的混合二維WAXD模式，我們結合了選定區域透射電子顯微鏡（TEM）技術的電子衍射（SAED）獲得單獨一根的電子衍射。過去，電子晶體學分析已被廣泛用於在高分子物理學中探索單晶的鏈堆積。最近，對TEM的一些研究聚合物納米材料上的SAED已照亮了納米級的鏈堆積。本項目探索出利用X射線和電子衍射結果進行交叉分析，以研究複雜聚合物分子鏈在圓柱約束下受限分子組裝。