《基於微納尺度圖案化電荷標記研究聚合物弛豫性質》是依託中國人民大學，由關麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於微納尺度圖案化電荷標記研究聚合物弛豫性質
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：關麗
- 依託單位：中國人民大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高分子聚合物材料中儲存靜電荷時的電荷聚集與釋放現象與高分子聚合物材料的弛豫密切相關。構象與堆積弛豫是造成高分子材料發生介電損耗的關鍵原因，介電鬆弛的加劇會造成聚合物絕緣材料耐擊穿、耐老化性能的降低，限制了其作為電介質材料的重要套用。本項目主要是基於原子力顯微鏡在微納米尺度下研究電荷對於聚合物局域弛豫性質的影響。電荷在聚合物中的衰減和釋放造成了分子鏈的運動，使得聚合物在一定外場作用下的局域反浸潤和微尺度下的表面模量、粘彈性均發生明顯變化。我們通過在聚合物表面構築電荷圖案作為標記，能夠直觀地對比注電區域和非注電區域的聚合物鬆弛性質的差異，並結合原子力顯微鏡定量表征微納米尺度下由於電荷引起的鬆弛特性和外場的關係。我們發展的在微尺度下研究介電弛豫的方法能夠解釋聚合物巨觀介電性能改變的機理，為提高該類電介質材料的性能提供理論基礎和實驗依據。
結題摘要
本項目通過接觸印刷的方法在高分子聚合物表面製備了靜電荷圖案，並以此圖案化電荷為標記，基於高分辨的原子力顯微鏡（AFM）在微納米尺度上研究了微尺度下聚合物的弛豫性質及其玻璃化轉變溫度等。本項目的主要研究內容包括了以下三個方面： 1、我們首先成功地在聚合物表面製備了具有規則排列的電荷圖案，並利用這些電荷圖案的標記作用，研究了溫度和溶劑刺激作用下電荷對於弛豫的加速作用，監測到了荷電區域和電中性區域的介電弛豫的差異，為電荷對聚合物材料性質的影響首次提供了直接的證據。2、在聚合物的弛豫過程中，鏈段的運動伴隨著電荷的釋放和衰減，因此，通過研究電荷的釋放規律，可以實時監測圖案化電荷在聚合物弛豫過程中的衰減規律。通過原位監測不同條件下電荷的釋放行為，建立了電荷衰減和聚合物弛豫之間的對應關係，研究了聚合物薄膜的介電弛豫性質及其與玻璃化轉變溫度、膜厚之間的關係，並對其中的關鍵影響因素進行了分析。結果表明，隨著膜厚的減小，聚合物薄膜的玻璃化轉變溫度降低。進一步，我們研究了聚合物超薄膜的Tg及其在電荷作用下發生弛豫的動力學過程，得到了聚合物超薄膜隨溫度和膜厚等的變化規律。當聚合物薄膜尺寸減小到10nm以下時，其玻璃化轉變溫度與膜厚無關。3、同時，我們利用AFM測量微納米尺度下聚合物表面粘滯力的變化，研究了聚合物表面的力學性質的變化與弛豫之間的關係。本項目發展的這種在微納米尺度下有效、定量研究聚合物薄膜的弛豫動力學和玻璃化轉化溫度（Tg）的新方法，具有非常高的靈敏度，可遠在聚合物發生明顯鬆弛之前觀察到其物理性質的變化。該方法的建立能夠解釋聚合物巨觀介電性能改變的機理，為提高該類電介質材料的性能提供理論基礎和實驗依據。
