嵌段共聚物Polystyrene-b-Polylactide(PS-b-PLA)自组装薄膜的形貌及其取向研究

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嵌段共聚物(block copolymer, BCP)链段之间是由共价键连接的,不同链段之间在热力学上是不相容的,所以在一定条件下嵌段共聚物可以发生微相分离(microphase separation),形成尺寸从几到几十个纳米范围的有序结构。嵌段共聚物薄膜通过微相分离形成的微结构取决于嵌段共聚物的分子参数、薄膜厚度、界面条件以及外场控制等因素。聚苯乙烯-聚乳酸(Polystyrene-b-Polylactide, PS-b-PLA)中 PLA相可以通过简单的化学方法去掉而不影响基体相PS的结构,因此具有广泛的用途。
　　本文首先采用旋涂法(spin-coating)制备了PS-b-PLA薄膜,通过原子力显微镜(AFM)表征结果分析研究了退火温度、退火时间、基底以及薄膜厚度对 PS-b-PLA自组装薄膜形貌和取向的影响。结果显示:在150℃下进行不同时间退火可以得到平行于基底的短棒状结构,短棒状之间的距离为~13nm,宽度为~26nm;170℃下退火3h得到平行于基底的柱状结构,170℃退火30h得到垂直于基底的柱状结构,柱状之间距离为~30nm,柱状直径为~10nm;短棒状与柱状结构之间可以随着退火条件的互换发生可逆转换。进一步采用NaOH溶液在不影响基体相PS以及薄膜结构的基础上去掉了PLA相。本文研究了薄膜厚度、基底等条件对旋涂法制备的PS-b-PLA薄膜自组装的影响。
　　此外,本文采用溶液浇铸法(solution-casting)制备PS-b-PLA薄膜,用这种方法制备的薄膜不需经过后处理就可得到高度有序的柱状结构。通过控制薄膜形成过程中溶剂的挥发速度可以控制柱状结构的取向,溶剂挥发速度较快时可以得到垂直于基底的柱状结构;溶剂挥发速度较慢时得到的柱状结构平行于基底;挥发速度处于中间值时柱状的取向是平行和垂直混合的。在此基础上还研究了四氢呋喃(THF)溶剂退火对 PS-b-PLA薄膜自组装的影响,探讨了这种方法制备的PS-b-PLA薄膜的厚度的不均匀性。

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作者
周锦芳;
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作者单位

上海交通大学;

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授予单位上海交通大学;
学科材料科学与工程
授予学位硕士
导师姓名郭守武;
年度 2014
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类聚苯乙烯及其共聚物;
关键词
聚苯乙烯-聚乳酸; 嵌段共聚物; 自组装薄膜; 取向控制; 形貌结构;

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