《界面相互作用對聚合物薄膜形態結構的影響》是依託北京師範大學，由李林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：界面相互作用對聚合物薄膜形態結構的影響
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：李林
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
界面作為一個超薄的區域，與本體相比較有著截然不同的性質。界面問題是非常重要的也是普遍存在的，同時，界面在多種工業技術領域中扮演著重要角色，例如共混，催化，微電子，潤滑等。此外，許多維持生命的生化反應也是在界面上進行的。儘管一直以來，人們對界面的重要性得到了充分的認識，但是在原子尺度上對界面的研究長期以來進展緩慢。通常的研究是採用製備超薄膜的方法，來對表面和界面的結構和形態等展開研究。在本項目中中，我們以厚度為5-20nm的聚合物單晶做為研究對象，由於聚合物單晶具有規整的尺寸，均一的化學與物理性質，將極大程度的簡化研究體系，排除界面相互作用以外的其他因素的影響，從而有助於深入地認識界面相互作用與對聚合物超薄膜形態，結構與性能的影響機理。當對於這一特殊的物質區域有了更深入的了解後，就可以利用界面的特殊性質來探索新的科學問題並為套用提供技術指導。
結題摘要
界面作為一個超薄的區域，與本體相比較有著截然不同的性質。本項目研究了界面對熔融、重結晶行為、熔點以及片晶取向等行為的影響，取得了以下成果。 首先，以PEO單晶為模型體系研究了在不同溫度和不同性質基底上，PEO晶體的片晶取向行為。研究發現，高溫時傾向於生長flat-on片晶，而低溫時生長edge-on片晶。在幾種不同表面能的基底上flat-on/edge-on轉變的溫度是不同的，這與界面能有關。界面能越大，很小的過冷度就能引起片晶取向由flat-on向edge-on轉變。採用初級成核理論通過理論計算也驗證了實驗結果的合理性，證明片晶取向的轉變點為當基底的表面能等於PEO熔體表面能時的溫度。 界面相互作用影響片晶的取向，到底能在多大的尺度上能對上層熔體的重結晶行為施加影響？在此基礎上，以螺旋位錯的PEO單晶為模型，研究了薄膜厚度對片晶取向行為的影響。研究發現，在重結晶溫度較低時，轉變厚度降低，重結晶溫度升高到一定值後，基底能影響的厚度恆定。所以界面相互作用能施加影響的厚度與重結晶的溫度有關，在20oC重結晶時，基底能影響的厚度為15-20nm；在25oC重結晶時，基底能影響的厚度為25-30nm；在30oC以上重結晶時，基底能影響的厚度穩定為30-40nm。 其次，以PEO單晶為模型，研究了界面相互作用對單晶熔融行為的影響。研究發現PEO單晶在PAA、PVA和無定形PEO三種不同界面能的表面，其熔融鋪展行為不同，在PAA和無定形PEO表面浸潤，而在PVA表面不浸潤；熔點也有差別，在PAA基底上的熔點最低為51oC，在PVA基底上的熔點最高為61oC。通過修飾的探針與基底的界面相互作用力的測量發現，不同基底的界面相互作用能不同，PAA基底與探針的作用力最大，而PVA基底與探針的作用力最小。我們通過模型建立起了鋪展因子S和界面相互作用力的關係，能夠通過界面相互作用力預先判斷熔體在一個基底上是否浸潤。同時，在Thomas－Gibbs公式中引入界面能的作用，解釋了不同基底上單晶熔點的變化規律。 第三，研究了片晶摺疊表面的成核機制和螺旋位錯的形成過程。建立起了熱力學模型闡述片晶中缺陷數量和片晶形貌與結晶溫度間的關係。摺疊表面的成核機制不同於傳統的片晶生長面上的二次成核和結晶生長，摺疊表面的成核和晶體生長是由於在摺疊表面和晶體內部缺陷誘導成核所導致的。從統計得出體系中微觀缺
