聚合物超分子薄膜表面形貌及性质研究

与本体和溶液中的相行为相比，在薄膜状态下，分子链的运动是在其内在因素和外场的共同作用下进行的。微相分离的最终结构形态除了与超分子的组成，分子量，相分离强度有关外，还与薄膜厚度，表面和界面对组分的选择性亲和作用等因素有关。因此，所提出的问题就是如何利用这些影响薄膜结构的因素，构建具有新颖结构和有序结构的薄膜，以及如何实现薄膜形貌及结构尺寸的调控。另外一个重要方面就是如何利用聚合物超分子本身特殊性质，实现超分子薄膜表面结构随外界条件下的响应性变化。在薄膜的功能性方面，薄膜结构以及组成与薄膜性质有着怎样的关系，如何通过调节薄膜的结构以及组成，来优化薄膜的性质。 本论文利用高分子之间，以及高分子与无机金属离子之间的的非共价键相互作用（静电相互作用，氢键，络合作用）得到聚合物超分子体系。研究其自组装形成纳米结构的影响因素和机理，掌握调控纳米结构的形态、尺寸、以及薄膜光学性质的规律，实现通过调控薄膜微结构来优化薄膜性质的目的。 首先，本论文对聚合物超分子薄膜表面形貌的构建和调控方面进行了研究。利用两种嵌段共聚物之间的氢键作用，实现聚合物超分子络合体溶解性在共溶剂中的下降。在动力学控制的条件下，体系中未形成氢键的组分充当了“桥梁”作用，使形成的纳米球状聚集体发生在一维方向的聚集，得到柱状纳米聚集体。当两种聚合物之间全部形成氢键时，发生柱状纳米聚集体到球状胶束聚集体的转变。研究了溶剂挥发速度，聚合物溶液粘度等对形成纳米结构薄膜的影响。利用静电相互作用，得到聚合物超分子结构。实现了具有规则纳米孔洞结构的聚合物超分子薄膜的制备。研究了溶剂性质，溶剂挥发速度，聚合物溶液粘度，环境温度等对形成规则孔洞的影响，以及薄膜表面结构随外界条件的响应性变化， 并提出了孔洞形成及演变机理。 基于对薄膜表面形貌和结构的调控，我们对薄膜结构与薄膜的光学性质之间的关系进行了研究。利用两种均聚物之间的氢键相互作用，得到超分子嵌段共聚物。超分子嵌段共聚物发生微观相分离可得到自组装薄膜，利用氢键是一种弱的相互作用，使用选择性溶剂将某一组分除去，得到具有纳米孔洞的薄膜。薄膜表现出很好的抗反射性，在可见光区实现了98.00%的单波长高透过。在近红外区实现了宽波抗反射效果，透光率可达到99.00%以上，而且波段可调。深入研究了薄膜的厚度，刻蚀时间对薄膜透光率的影响。利用金属和聚合物之间的络合相互作用，得到被聚合物稳定的银纳米粒子。受聚合物与银纳米粒子之间的电子转移吸收的影响，复合纳米材料在薄膜状态下表现出很好的光致发光性质。研究了材料之间的配比，溶液的浓度，聚合物的分子量对形成的复合纳米粒子的尺寸及光致发光性能的影响。