聚合物单晶力致解链的单分子力谱研究

发布时间：2020-07-12 18:19

【摘要】：聚合物晶体材料的形变过程与相应的机理是高分子物理中一个重要的研究主题。针对该主题的相关研究对高性能聚合物晶体材料的设计与开发有重要的指导意义。科研人员发现纳米尺度的聚合物片晶的稳定性对聚合物材料的性质有着决定性的影响。然而受限于研究手段,以往人们都在宏观或者介观尺度上研究聚合物晶体材料结构和形态的变化。聚合物分子的链结构、晶体厚度、晶体内部的链构象以及外部的微环境在分子水平上对聚合物片晶力学响应的影响依旧未知。单分子力谱技术的出现使得直接在单分子水平研究聚合物片晶的力致解链成为可能。本论文将原子力显微镜的成像功能与单分子力谱技术相结合,研究聚合物单晶中单个链的解折叠过程、影响因素及相应的机理。论文主要包括以下内容:一、揭示末端基团影响聚氧乙烯单晶力致解链过程的本质。我们利用基于原子力显微镜的单分子力谱技术,对带有不同末端基团的聚氧乙烯单晶进行力致解链操作。结果表明末端基团会对聚氧乙烯单晶力致解链的过程产生影响,并且是影响特定数目的晶杆。进一步的实验表明,末端基团很有可能是通过单晶表面的链环在同一个聚氧乙烯分子链内部传递影响。末端基团处于晶体上表面抑或是下表面也会影响单晶力致解链的力值。二、研究偶联基团对聚氧乙烯单晶力致解链的影响,进而实现力致解链行为的有效调控。我们利用二异氰酸酯与聚氧乙烯反应制备含有不同偶联基团的聚合物链,并通过稀溶液自晶种法培养成单晶。利用单分子力谱技术研究聚合物单晶力致解链的过程,我们发现对于给定的偶联基团其影响特定数目晶杆的解链行为,因而调整偶联基团的间距可以有效地调整受影响晶杆的比例。改变偶联基团的尺寸可以调节解链所需的力值与能量。引入一个长的无定形嵌段,可以显著提升单晶力致解链所需的力值。三、建立聚合物单晶中链构象与单分子力学性质的关联。利用单分子力谱技术对锯齿形构象的聚己内酯单晶与螺旋构象的聚左旋乳酸单晶进行力致解链操纵,并结合单晶的晶胞参数与链内基团排布分析力致解链的过程。结果表明,锯齿构象的聚己内酯单晶,其链间分子相互作用比较强,力致解链过程是以粘滑运动为主;螺旋构象的聚左旋乳酸单晶,其链间分子作用比较弱,力致解链过程是以平滑运动为主。四、建立在气相环境进行单分子力谱的方法。利用气相单分子力谱方法对聚氧乙烯单晶的力致解链进行研究,并与液相中的力致解链进行对比。我们发现聚氧乙烯单晶在气相环境中力学稳定性与解链能垒都有提升。并且,气相环境有利于单分子力谱技术扩展拉伸速率范围,提升力精度。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631

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本文编号：2752333