潤(rùn)濕脊發(fā)展動(dòng)力學(xué)與聚合物薄膜黏彈性的關(guān)系研究.pdf

1、聚合物薄膜黏彈性是其分子運(yùn)動(dòng)的宏觀體現(xiàn)，對(duì)于聚合物納米材料的性能調(diào)控及加工成型具有重要意義。由于納米受限效應(yīng)，聚合物薄膜具有與本體不同的黏彈響應(yīng)行為。聚合物薄膜黏彈性的測(cè)量一直是學(xué)術(shù)界研究的焦點(diǎn)和難題之一。因此，開發(fā)聚合物薄膜黏彈性研究的新方法對(duì)于探究聚合物薄膜分子運(yùn)動(dòng)的微觀機(jī)制以及完善受限高分子運(yùn)動(dòng)理論具有重要意義。本論文研究了聚苯乙烯(PS)薄膜的黏彈性與其表面wetting ridge的形成及發(fā)展過程的關(guān)系。所得結(jié)果如下:

2、　　(1)通過研究wetting ridge的發(fā)展動(dòng)力學(xué)開發(fā)了一種原位測(cè)量聚合物薄膜黏度的新方法。以550nm的聚苯乙烯(PS)膜為研究對(duì)象，研究了不同溫度下在離子液體表面張力作用下產(chǎn)生的PS膜表面wetting ridge的形成及發(fā)展過程。發(fā)現(xiàn)wetting ridge高度隨液滴作用時(shí)間逐漸增大，時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，wetting ridge高度隨時(shí)間呈線性增長(zhǎng)。研究了在不同溫度下不同分子量PS膜表面wetting ridge高度與時(shí)間線性

3、增長(zhǎng)部分的斜率(k)，并關(guān)聯(lián)了線性斜率k與相對(duì)應(yīng)的溫度及分子量下PS的黏度(η)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者滿足公式:η=0.37γsinθ/k。改變離子液體的表面張力，發(fā)現(xiàn)兩種表面張力不同的離子液體所得的1/k與η均滿足這一公式。這一結(jié)果表明通過監(jiān)測(cè)wetting ridge形成及發(fā)展過程是一種研究聚合物膜黏度的有效方法。
　　(2)利用上述方法研究了不同基底上PS薄膜黏度的厚度依賴性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SiO2上PS薄膜的黏度隨厚度的降低而降低，

4、Si-H上PS薄膜黏度隨厚度降低而升高，這是PS與基底之間的界面效應(yīng)導(dǎo)致的，與文獻(xiàn)報(bào)道相符;薄膜黏度產(chǎn)生厚度依賴性的臨界厚度為10Rg，也與文獻(xiàn)報(bào)道相符。結(jié)果說明這一新的方法可以敏感的反映薄膜厚度及基底性質(zhì)對(duì)薄膜分子鏈整鏈運(yùn)動(dòng)的影響，是一種探測(cè)聚合物薄膜及超薄膜黏度的有效方法。
　　(3)通過不同溫度下wetting ridge的高度變化研究了聚苯乙烯(PS)膜力學(xué)性質(zhì)與溫度的關(guān)系，發(fā)展了研究聚合物膜平臺(tái)模量及黏流溫度的新方法。研

5、究發(fā)現(xiàn)，wetting ridge高度與溫度的關(guān)系曲線（h-T曲線）與聚合物的形變溫度曲線類似。Wetting ridge的h-T曲線中存在平臺(tái)區(qū)域，在這一區(qū)域內(nèi)wetting ridge的高度保持恒定，不受溫度、PS分子量的影響。利用Wetting ridge的平臺(tái)高度可以估算PS的平臺(tái)模量(～105.85Pa)，其值與文獻(xiàn)報(bào)道的模量值基本相同。同時(shí)，wetting ridge的平臺(tái)區(qū)域結(jié)束的臨界溫度(T*)與PS的黏流溫度(Tf)滿