尺寸诱导的聚合物亚稳结晶

亚稳定性是凝聚态物质的一个重要特征。常温常压下，热力学上不稳定的、而实际上存在的相，都可称之为亚稳相。通常，影响物质亚稳态存在的外界因素有温度、压力、电场、磁场等等，而相态本身的大小也是决定它稳性的一个重要因素，这就是所谓的尺寸效应。随着纳米技术和微处理器技术的飞速发展，材料的应用尺寸日趋于小型化和微型化。研究聚合物相行为和相变中的尺寸效应，对于充分理解高分子凝聚态物理学的基本问题具有极度其重要的科学意义，它还为纳米科技中材料特殊的结构和性能提供新的认识途径和理论基础，这必将极度大地促进纳米材料的实用化进程。本文正是基于这样一种相变中的尺寸效应，选用了三种具有多晶型结构的结晶聚合物，聚偏氟乙烯（PVDF），聚反式1,4-丁二烯（TPBD）和尼龙1010（nylon 1010），对它们的晶体结构及其相转变过程和转变条件作了较详细的研究，着重探讨了各种晶型稳态和亚稳态的存在条件。在这三种聚合物当中，发现小尺寸晶体趋向于形成二维高有序的六方或拟六方堆积结构，成功地证明了晶体结构对尺寸的依赖性。在上述研究中，首次成功地为PVDF营造了不同程度的空间受限结晶环境，得到了尺寸小于100纳米受限结晶的亚稳态β晶；通过结合使用常温和低温的电子衍射术，并利用计算机模拟技术，提出了尺寸影响的TPBD相转变的具体实现过程；发现了培养尼龙1010单晶的另一理想溶剂二甲基甲酰胺（DMF），并首次用它培养出十分完善的单晶体；引入尺寸效应的观点来解释尼龙1010的Brill转变现象，定量地确定了基转变温度对尺寸的依赖关系，为解释这一古老但至仿仍存在极大争议的尼龙中特有的转变现象开辟了创造性的思维方式；首次用极度稀溶液喷雾法获得了尼龙1010的纳米和微米级微纤维晶，并解释了它的形成原因。