聚乙烯超薄膜在退火过程中形态结构演变研究
发布时间：2021-01-05 04:41
本课题用光学显微镜（OM）、原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）等方法研究了聚乙烯超薄膜在退火过程中形态结构的演变。研究表明将取向的聚乙烯超薄膜在熔点附近退火处理时,由于不能生成各向同性的熔体,形成大量具有局部取向的区域,使得薄膜结晶形貌完全不同于从各向同性熔体中形成的微观形貌。在冷却过程中这些局部有序区域迅速结晶形成树枝状晶体。树枝状晶体是由两个不对称生长的部分组成,即一边呈现有序排列的片晶组,显示较高的结晶度;而另一边呈现相互交织的绳索状的形貌,结晶度较低。此外,在有序排列的片晶组中可以看到不同的结晶形态,例如在一些有序排列的片晶组中出现片晶扭转的现象,即和基面法线有一定倾斜角度的晶体与edge-on片晶交替排布,扭转周期不恒定。另外,当两组片晶从相反的方向互相靠近时,在晶体发展的末端也会出现局部的片晶扭转。推测可能的原因是,片晶从edge-on取向转变为flat-on取向,以便吸收更多的熔体来保持晶体生长。通过TEM的结果我们发现,树枝状内部晶体的生长方向沿着b轴。同样的热处理条件下,PE超薄膜在疏水硅基底上发生了片晶增厚现象,而没有链段的重排再结晶过程,我们推测PE...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１沿ｅｄｇｅ－ｏｎ片晶（左图）和ｆｌａｔ－ｏｎ片晶（右图）示意图，注意晶体基面的法线平行于（ｅｄｇｅ－ｏｎ）??或垂直于（ｆｌａｔ－ｏｎ）基底表面
??图１－２通过形貌图和电子衍射图确定片晶取向，（ａ）球晶中可以观察到ｅｄｇｅ－ｏｎ的片晶（只显示??了球晶的边界），（ｂ）?ｅｄｇｅ－ｏｎ片晶组成的轴晶，（ｃ）?ｆｌａｔ－ｏｎ片晶形成海藻状形貌，（ｄ）树枝状晶??体［３－５］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ?ｔｈｅ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｍｅｌｌａｅ?ｂｙ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｐａｔｔｅｒｎｓ??Ｅｄｇｅ－ｏｎ?ｌａｍｅｌｌａｅ?ａｒｅ?ｕｓｕａｌｌｙ?ｏｂｓｅｒｖｅｄ?ｉｎ?（ａ）?ｓｐｈｅｒｕｌｉｔｅｓ?ｗｉｔｈ?ｃｌｅａｒ?ｌａｍｅｌｌａｒ?ｐａｃｋｉｎｇ?（ｏｎｌｙ?ｔｈｅ?ｂｏｒｄｅｒ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｓｐｈｅｒｕｌｉｔｅ?ｉｓ?ｓｈｏｗｎ），?（ｂ）?ａｘｉａｌｉｔｅｓ?ｃｏｍｐｏｓｅｄ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｅｄｇｅ－ｏｎ?ｓｔｒａｎｄｓ．?Ｆｌａｔ－ｏｎ?ｌａｍｅｌｌａｅ?ｕｓｕａｌｌｙ?ｅｘｉｓｔ??ｉｎ?（ｃ）?ｓｅａｗｅｅｄｓ，?（ｄ）?ｄｅｎｄｒｉｔｅｓ，?（ｃ）?ｉｎｄｉｃａｔｅｓ?ｆｌａｔ－ｏｎ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｅａｗｅｅｄｓ．?［３＇５］??１．１．２聚合物薄膜片晶取向彩响因素??影响片晶取向的一个主要的因素是薄膜厚度，通常情况下，随着薄膜厚度逐渐减??小，片晶更倾向于形成ｆｌａｔ－ｏｎ取向。Ｊｅｏｎ和Ｋｒｉｓｈｎａｍｏｏｒｔｉ［６］对片层取向对薄膜厚度依??赖性进行了系统研宄。为了研究薄膜厚度的影响，他们将线性低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）??通过旋涂的方法在刻蚀硅片上制成一系列厚度的薄膜（从２０到８００?ｎｍ），在热台上去??除热历史后
?國圓??Ｂｍ??图１－３薄膜厚度和片晶取向线性低密度聚乙烯在１１５?°Ｃ下完全结晶的原子力图像，薄膜厚度为（ａ）??３７０，?（ｂ）】９４，?（ｃ）丨２６，?（ｄ）?２丨ｎｍ。从ａ到ｄ图ｅｄｇｅ－ｏｎ取向的片晶越来越少［６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｆｉｌｍ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｏｆ?ｌａｍｅｌｌａｒ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｍｏｄｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＬＬＤＰＥ??ｆｉｌｍｓ?ｗｉｔｈ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ?ｏｆ?（ａ）?３７０，?（ｂ）?１９４，?（ｃ）?１２６，?（ｄ）?２１?ｎｍ?ｆｕｌｌｙ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ??ａｔ?１１５°Ｃ．［６］??Ｗａｎｇ等人［７］提出了一个简单的热力学模型，以解释聚合物薄膜中片晶取向行为的??优先性，首先假定一个特定的形状和与基底的接触情况，从而计算出ｅｄｇｅ－ｏｎ和ｆｌａｔ－ｏｎ??片晶的成核自由能，然后通过最小化两个自由能，分别获得了?ｅｄｇｅ－ｏｎ和ｆｌａｔ－ｏｎ晶核??的临界尺寸，最后用临界尺寸来计算出形成这两种晶核的临界能量。结果表明，只要??晶体／基底界面的自由能小于熔体／基底界面的自由能，ｅｄｇｅ－ｏｎ晶核成核的临界能就远??远低于ｆｌａｔ－ｏｎ晶核成核的临界能。此时有利于形成ｅｄｇｅ－ｏｎ取向的晶核。当薄膜足够??厚时
本文编号：2958042
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１沿ｅｄｇｅ－ｏｎ片晶（左图）和ｆｌａｔ－ｏｎ片晶（右图）示意图，注意晶体基面的法线平行于（ｅｄｇｅ－ｏｎ）??或垂直于（ｆｌａｔ－ｏｎ）基底表面
??图１－２通过形貌图和电子衍射图确定片晶取向，（ａ）球晶中可以观察到ｅｄｇｅ－ｏｎ的片晶（只显示??了球晶的边界），（ｂ）?ｅｄｇｅ－ｏｎ片晶组成的轴晶，（ｃ）?ｆｌａｔ－ｏｎ片晶形成海藻状形貌，（ｄ）树枝状晶??体［３－５］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ?ｔｈｅ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌａｍｅｌｌａｅ?ｂｙ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ?ｐａｔｔｅｒｎｓ??Ｅｄｇｅ－ｏｎ?ｌａｍｅｌｌａｅ?ａｒｅ?ｕｓｕａｌｌｙ?ｏｂｓｅｒｖｅｄ?ｉｎ?（ａ）?ｓｐｈｅｒｕｌｉｔｅｓ?ｗｉｔｈ?ｃｌｅａｒ?ｌａｍｅｌｌａｒ?ｐａｃｋｉｎｇ?（ｏｎｌｙ?ｔｈｅ?ｂｏｒｄｅｒ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｓｐｈｅｒｕｌｉｔｅ?ｉｓ?ｓｈｏｗｎ），?（ｂ）?ａｘｉａｌｉｔｅｓ?ｃｏｍｐｏｓｅｄ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｅｄｇｅ－ｏｎ?ｓｔｒａｎｄｓ．?Ｆｌａｔ－ｏｎ?ｌａｍｅｌｌａｅ?ｕｓｕａｌｌｙ?ｅｘｉｓｔ??ｉｎ?（ｃ）?ｓｅａｗｅｅｄｓ，?（ｄ）?ｄｅｎｄｒｉｔｅｓ，?（ｃ）?ｉｎｄｉｃａｔｅｓ?ｆｌａｔ－ｏｎ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｅａｗｅｅｄｓ．?［３＇５］??１．１．２聚合物薄膜片晶取向彩响因素??影响片晶取向的一个主要的因素是薄膜厚度，通常情况下，随着薄膜厚度逐渐减??小，片晶更倾向于形成ｆｌａｔ－ｏｎ取向。Ｊｅｏｎ和Ｋｒｉｓｈｎａｍｏｏｒｔｉ［６］对片层取向对薄膜厚度依??赖性进行了系统研宄。为了研究薄膜厚度的影响，他们将线性低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）??通过旋涂的方法在刻蚀硅片上制成一系列厚度的薄膜（从２０到８００?ｎｍ），在热台上去??除热历史后
?國圓??Ｂｍ??图１－３薄膜厚度和片晶取向线性低密度聚乙烯在１１５?°Ｃ下完全结晶的原子力图像，薄膜厚度为（ａ）??３７０，?（ｂ）】９４，?（ｃ）丨２６，?（ｄ）?２丨ｎｍ。从ａ到ｄ图ｅｄｇｅ－ｏｎ取向的片晶越来越少［６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ｆｉｌｍ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｏｆ?ｌａｍｅｌｌａｒ?ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｍｏｄｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＬＬＤＰＥ??ｆｉｌｍｓ?ｗｉｔｈ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ?ｏｆ?（ａ）?３７０，?（ｂ）?１９４，?（ｃ）?１２６，?（ｄ）?２１?ｎｍ?ｆｕｌｌｙ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ??ａｔ?１１５°Ｃ．［６］??Ｗａｎｇ等人［７］提出了一个简单的热力学模型，以解释聚合物薄膜中片晶取向行为的??优先性，首先假定一个特定的形状和与基底的接触情况，从而计算出ｅｄｇｅ－ｏｎ和ｆｌａｔ－ｏｎ??片晶的成核自由能，然后通过最小化两个自由能，分别获得了?ｅｄｇｅ－ｏｎ和ｆｌａｔ－ｏｎ晶核??的临界尺寸，最后用临界尺寸来计算出形成这两种晶核的临界能量。结果表明，只要??晶体／基底界面的自由能小于熔体／基底界面的自由能，ｅｄｇｅ－ｏｎ晶核成核的临界能就远??远低于ｆｌａｔ－ｏｎ晶核成核的临界能。此时有利于形成ｅｄｇｅ－ｏｎ取向的晶核。当薄膜足够??厚时
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