《高分子/高分子界面擴散行為的原子力顯微鏡研究》是依託華中科技大學，由廖永貴擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高分子/高分子界面擴散行為的原子力顯微鏡研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：廖永貴
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
迄今已有諸多方法成功地套用於高分子/高分子界面擴散行為的研究，但缺乏在正空間小於10納米的尺度上研究此行為的動力學的方法。本申請旨在通過原子力顯微鏡（AFM）觀察相容性不同的高分子體系的界面，並結合形貌圖及其他物理圖形（如相點陣圖），獲取高分子界面的相對濃度分布，揭示界面層厚度隨材料退火時間變化的標度關係。結合斷裂界面的形貌觀察及組分分析，闡述高分子擴散中鏈纏結行為的本質。根據體系相容性差異，定量研究相容體系的相互擴散係數和表觀活化能、不相容體系的相互作用參數等擴散動力學和熱力學行為的基本參數。考察退火溫度、分子量及其分布、切片厚度等因素對高分子界面擴散熱力學和動力學行為的影響。最終揭示這些微觀物理本質與界面斷裂強度、玻璃轉變等巨觀性能之間的關係，為高分子材料設計、界面微結構調控、多相多組分複雜體系相行為及其實際套用提供更翔實的科學依據。
結題摘要
分別進行了聚氯乙烯/聚甲基丙烯酸正丁酯（PVC/PnBMA）共混體系的相容性及其相圖、玻璃轉變性能和拉伸性能的研究，確立了一種製備層壓體系的平坦橫截擴散界面的方法，建立了測試高分子體系擴散界面相對濃度分布的輕敲式AFM方法，重點研究了PVC/PnBMA層壓體系在不同溫度下兩種典型的相互擴散動力學行為。首先，通過溶液澆鑄法製備了一系列不同PVC含量的共混體系薄膜，DSC結果表明所有共混體系均僅顯示出一個玻璃化溫度（Tg），說明PVC和PnBMA具有良好的相容性。共混體系的Tg值在一定程度上可由Fried、Fox和Gordon-Taylor方程來描述，其中在沒有擬合參數k的情況下，Fox方程稍優於Fried方程；但擬合最好的還屬k=0.99±0.10的Gordon-Taylor方程，即Tg與PVC的質量分數幾乎呈線性關係。採用改良的濁點法得到了共混體系的相圖，該體系表現為下臨界共溶溫度（LCST）行為，其下臨界點共溶點的組成和溫度分別為90wt%的PVC和192ºC。其次，共混物薄膜的拉伸性能結果顯示：共混物薄膜的拉伸曲線表現為典型的玻璃態高分子的拉伸應力-應變曲線，隨著PVC含量的增加，共混體系的比模量和屈服應力逐漸增加，而斷裂伸長率則逐漸下降。最後，通過層壓法製備了75ºC和110ºC退火不同時間的層壓體系。借鑑金剛石刀超薄切片技術，得到擴散橫截面的平坦平面。結合擴散界面的輕敲式AFM形貌圖和相點陣圖，獲得了界面的相對濃度分布及其厚度、以及界面層厚度與退火時間的標度關係。退火溫度為110ºC時，界面層厚度與退火時間的平方根成正比，遵守典型Fick擴散的Case-I行為，所得相互擴散係數與Dlubek等人用DSC法和PALS法得到的結果一致。退火溫度為75ºC時，PnBMA在界面處以2-3個高分子的形式進行堆積，界面層厚度與退火時間成正比，遵守非Fick擴散的Case-II行為。結果表明，AFM可在高分子鏈尺寸水平上觀察高分子/高分子界面相互擴散及聚集行為。本項目為正空間分子尺度上研究界面相互擴散動力學行為提供了新的方法。完成了課題資助計畫書中所列的研究計畫內容。
