外场作用下嵌段共聚物的自组装行为研究

发布时间：2018-07-25 06:26

【摘要】：嵌段共聚物可自组装形成均匀的、纳米尺度的规律图案,结合薄膜技术和器件制造技术,自组装嵌段共聚物在信息存储材料、能源器件、膜材料和流体力学等方面的潜在应用引起了人们广泛关注。实现嵌段共聚物自组装常用的方法有热退火、溶剂退火、机械力场和电场等,其中电场可以诱导产生分子水平的极化效应,改变聚合物的链构象和动力学,它具有时间成本低、操作方便可调、可实时控制、可大规模批量生产等优势。目前对于外场作用下嵌段共聚物的微区形态已有不少研究报道,但是关于嵌段共聚物在外场作用下的微相分离机理了解得并不充分,对嵌段共聚物自组装行为的基本规律的研究比较少。本研究在实验上系统地研究了温度场、溶剂场、电场对嵌段共聚物的微相分离动力学的影响,主要研究结果如下:温度场作用下,嵌段共聚物链段运动非常缓慢,其动力学过程很慢,微相分离所需要的热处理时间很长。嵌段共聚物的微相分离结构对温度、时间、薄膜厚度的依赖性较大。溶剂场作用下,因溶剂分子的存在,高分子链段的运动能力增强,由于高分子链间的缠结效应,不同嵌段共聚物薄膜形成其平衡结构所需的时间不同。分子量较大的嵌段共聚物的分子链段运动得较缓慢。直流电场作用下,随着电场强度的增大,嵌段共聚物微相分离结构的有序性会有所增强。同时,直流电场可诱使嵌段共聚物PS-b-P2VP(89.5-25.5)薄膜从水平柱状结构向垂直柱状结构转化。交流电场下,加盐可增强嵌段共聚物对电场的响应。
[Abstract]:Block copolymers can self-assemble to form uniform, nanoscale regular patterns, combined with thin film technology and device manufacturing technology, self-assembled block copolymers in information storage materials, energy devices, The potential applications of membrane materials and hydrodynamics have attracted much attention. The common methods for self-assembly of block copolymers include thermal annealing, solvent annealing, mechanical force field and electric field. Electric field can induce polarization effect at molecular level and change the chain conformation and kinetics of polymer, which has low time cost. Easy to operate adjustable, real-time control, large-scale batch production and other advantages. There have been many studies on the micromorphology of block copolymers under external field, but the mechanism of microphase separation of block copolymers under external field is not well understood. The basic rules of self-assembly behavior of block copolymers are less studied. The effects of temperature field, solvent field and electric field on the microphase separation kinetics of block copolymers are systematically studied in this paper. The main results are as follows: the segment motion of block copolymers is very slow under the action of temperature field. The kinetic process is very slow and the heat treatment time for microphase separation is very long. The microphase separation structure of block copolymers is dependent on temperature, time and film thickness. Due to the existence of solvent molecules, the mobility of polymer segments is enhanced. Due to the entanglement effect between polymer chains, different block copolymer films take different time to form their equilibrium structure. The molecular segments of block copolymers with higher molecular weight move slowly. The order of microphase separation structure of block copolymers will be enhanced with the increase of electric field intensity under the action of DC electric field. At the same time, DC electric field can induce block copolymer PS-b-P2VP (89.5-25.5) film to transform from horizontal columnar structure to vertical columnar structure. The response of block copolymers to electric field can be enhanced by adding salt in alternating current field.
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.3

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本文编号：2142923