聚合物受限於納米孔洞中玻璃化轉變行為的研究

《聚合物受限於納米孔洞中玻璃化轉變行為的研究》是依託南京大學，由李林玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：聚合物受限於納米孔洞中玻璃化轉變行為的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李林玲
• 依託單位：南京大學

項目摘要

由於納米受限效應，聚合物受限於納米尺度下常表現出有別於本體狀態的物理性質。自Keddie發現聚合物超薄膜的玻璃化轉變溫度(Tg)下降以來，已有大量的文獻報導受限態下聚合物的玻璃化轉變及動力學行為。然而這些研究主要集中在一維納米薄膜中，其它維度的受限行為鮮有報導。本項目以陽極氧化鋁(AAO)多孔模板為受限介質，研究聚合物受限於納米孔洞中的玻璃化轉變行為。其中，包括聚合物納米棒和納米管兩種形態。利用量熱學、無輻射能量轉移螢光光譜及介電譜的方法，通過控制AAO納米孔洞孔徑、孔壁表面的化學性質、聚合物納米管厚度、聚合物種類及分子量等系統地研究二維納米受限態下納米受限效應對聚合物的Tg，鏈構象及鏈段動力學行為的影響。此外，通過化學方法除去模板後，還可製備和調控聚合物納米纖維及納米管的結構與性質。該項目的研究豐富了聚合物的玻璃化轉變這一凝聚態物理重要課題，並在微納尺度的流體傳輸及生物領域中有重要意義。

結題摘要

近些年來，聚合物受限於二維納米孔洞等高受限維度下的玻璃化轉變行為引起了學術界的廣泛關注。本項目中，我們以陽極氧化鋁模板（AAO）為受限介質，研究了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）等聚合物在二維納米受限態下的玻璃化轉變行為。聚合物受限於AAO納米孔洞中呈現出多重玻璃化轉變溫度（Tg）的現象，其中符合核-殼雙層模型的雙重Tg屬於熱力學較穩定的狀態。聚合物二維納米受限態下的多重Tg行為會受到多種因素的影響，如聚合物-孔壁界面的相互作用強度、界面受限的軟硬程度、受限空間的尺寸、聚合物的分子量以及體系的降溫速率等，其中界面的硬受限形態是主因。通過控制這些影響因素一定程度上可以實現二維納米受限狀態下聚合物玻璃化轉變行為的調控。同時，對比一維受限態的聚合物超薄膜，我們闡述了空間曲率效應對聚合物二維納米受限態下玻璃化轉變行為的重要影響。藉助寬頻介電譜和分子鏈內螢光共振能量轉移（FRET）方法，我們研究了聚合物受限於AAO納米孔洞中的分子鏈段動力學行為、分子鏈凝聚態結構和界面吸附層形成的動力學過程。此外，我們還發展了一種可表征聚合物/基底界面處高分子鏈結構的界面FRET螢光技術，並成功地表征了聚合物/AAO複合物樣品在快速和慢速降溫過程中AAO孔壁界面處的結構變化。相關的研究工作一方面豐富和發展了聚合物納米受限態下玻璃化轉變的理論，另一方面也可用於指導聚合物材料的套用和加工工藝的發展，如聚合物無機納米複合材料的製備、納米注塑成型（NMT）工藝的最佳化等。