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浙江理工大学王新平课题组: 聚合物超薄膜表/界面效应研究取得进展

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发表于 2019-5-10 21:27:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
聚合物纳米材料物理性能与材料尺度密切相关,表现出纳米受限效应。自1994年Keddie等首次发现聚合物薄膜玻璃化温度偏离本体现象以来,高分子物理学家对受限于低维空间内高分子链运动行为表现出极大研究兴趣。然而,由于研究方法等的限制,纳米受限高分子薄膜分子运动偏离本体的机制并未完全弄清。

近日,高分子领域知名期刊Macromolecules在线刊发了由浙江理工大学化学系王新平教授、左彪副教授研究团队完成的关于聚合物纳米薄膜表界面效应的最新研究成果。

对于与基底具有强相互作用的薄膜体系,界面效应被认为是影响聚合物薄膜分子动力学的关键因素。传统观点认为薄膜动力学的界面效应主要由界面相互作用强度所决定。但是,近年来发现了一些与之不符的实验结果。如何调和这些实验结果、提供不同的解释是当前该领域研究的重点。

针对这一问题,该团队提出界面动力学传递深度这一关键参量来量化界面效应,获得了成功。通过直接测量纳米薄膜黏度,同时表征界面效应往本体传播的尺度,发现聚合物薄膜界面效应—即薄膜动力学受界面影响的程度,随界面动力学传递深度增大而增大。这一研究说明界面效应事实上与界面动力学传递深度关系更为密切。

基于这一结果可以统一文献对不同界面相互作用体系的研究结果。因此,该工作提供了从界面动力学传递深度角度理解受限聚合物薄膜界面效应的新视点,同时也阐明了分子量对聚合物薄膜界面效应及分子动力学的影响。论文以“Influence of the Interfacial Effect on Polymer Thin-Film Dynamics Scaled by the Distance of Chain Mobility Suppression by the Substrate”为题发表在最新一期Macromolecules上(DOI:10.1021/acs.macromol.9b00226)。左彪副教授为论文第一作者,并与王新平教授为共同通讯作者。

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图1,界面动力学传递深度与薄膜黏度关系

此外,团队还针对薄膜表面效应开展了研究,提出通过控制制膜溶液中非溶剂含量来调节高分子链在溶液中的构象,进而改变聚合物薄膜表面分子链构象。利用和频振动光谱证实了随成膜溶液中不良溶剂量增多,所得聚合物薄膜表面分子链从各向同性的球状构象往取向的椭球状构象(oriented oblate ellipsoid)转变。表面分子链构象的变化诱导表面分子动力学发生显著变化,导致表面冷结晶温度和玻璃化温度升高,分子运动能力降低。同时,也造成薄膜动力学回复本体态,纳米受限效应消失。这一研究充分说明了表面分子链构象对其动力学的影响,同时也表明了表面分子运动能力对纳米薄膜分子动力学的重要作用。研究工作以Conformation-Sensitive Surface Dynamics in Thin Poly(ethylene terephthalate) Film为题发表在大分子上,博士生徐健荃为第一作者,王新平教授为通讯作者。

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图2,表面分子链构象与其分子运动行为的关系。
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