聚合物基軟核硬殼型複合微球的表面起皺研究

《聚合物基軟核硬殼型複合微球的表面起皺研究》是依託天津大學，由魯從華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：聚合物基軟核硬殼型複合微球的表面起皺研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：魯從華
• 依託單位：天津大學

項目摘要

如何有效調控和充分利用多組分多相體系中的界面應力問題來實現材料的特定功能化是現代複合材料學面臨的一大難題。在本項目中，擬精心設計和可控構築新穎的、具有理想結構組成的、由單分散聚合物微球為軟核和層層自組裝技術沉積的聚合物基組裝膜為硬殼所構成的，核殼結構型軟硬複合微球新體系；著力考察與軟核硬殼物性差異相匹配的外界刺激，對核殼界面應力鬆弛引起的球面起皺的精細調控；揭示閉合球面體系中界面應力形成與鬆弛方面的特殊作用機制；探索所得的具有高比表面的單分散起皺微球在顆粒沉積吸附、薄膜光學性質調製和作為空氣動力學研究模型等方面的潛在套用。該研究有助於深入理解複合體系中普適性的界面應力問題，在利用界面應力鬆弛機制來獲得材料的表面可控微結構化等功能化，以及在解決界面應力問題相關的如表面起皺和開裂等材料問題來進一步提高材料性能和使用壽命而進行的材料設計最佳化等方面都具有重要的參考價值和指導意義。

結題摘要

作為一種常見的機械失穩的自然現象，表面起皺近年來因其獨特的優勢在物性表征、表面圖案化和柔性器件等方面引起了人們極大的研究興趣。雖有大量的理論研究已在非平面膜/基雙層系統展開，但實驗方面的研究進展仍不大。其主要的挑戰性問題是如何構築合適的非平面膜/基雙層系統，並選用匹配的外界刺激來誘導曲面起皺的發生。本項目主要涉及基於聚二甲矽氧烷（PDMS）彈性體微球的軟核硬殼型微球複合體系的可控構築與球面起皺行為的研究。首先，探索出以聚乙烯醇為穩定劑，先低溫後高溫的雙階段加熱交聯的溶液相合成法，實現了高質量、不同交聯度和模量的PDMS彈性體微球的高效製備；以此為基底，選用層層自組裝、表面接支聚合、混酸氧化、氧電漿處理、和金屬蒸鍍等多種成膜技術獲得了聚合物、無機氧化物和金屬等組成可控的殼層和對應的軟核硬殼型複合微球體系；系統考察了各實驗參數，特別是微球尺寸和模量，殼層厚度、以及對應的基底曲率和過應力大小，對匹配的外界刺激引發的球面起皺行為（如皺紋形貌和周期）的影響，由此深入揭示了其中涉及的反應機理和球面起皺機制。其中，利用混酸氧化法，我們首次實現了微球表面起皺的，簡單、高效率、低成本、大規模可控制備。該應力鬆弛機理已進一步成功拓展到其他聚合物（如聚苯乙烯）微球的軟核硬殼型複合微球體系，通過曲面應力工程的精細調控，實現了其表面起皺、規則多邊形脫層突起和裂紋等應力鬆弛性表面微結構的可控制備。所得的表面精細微結構化微球有望在表面潤濕性調控、微納構築和感測器等相關領域取得廣泛套用。