高分子混合物薄膜表面形态的形成与稳定性

本工作主要从实验上探索了组分的分子量、薄膜厚度、混合物的组成等因素对不相容高分子混合物薄膜表面形态的形成和稳定性的影响规律。在此基础上，利用软印刷的方法对基底表面进行图案化，来控制高分子混合物的相分离行为，以制备规则排列的有序图案。用原子力显微镜（AFM）、偏光显微镜（OM）、X-射线光电子能谱（XPS）等手段，系统研究了PS护MMA混合物薄膜的初始形态及其在退火过程中的形态演变规律。（1）随着PS分子量的增加，研究发现其形态的变化存在一过渡区域并予以合理解释；即：薄膜的初始形态由纳米尺度的相分离向宏观相分离的表面形态过渡；高温下退火时，其形态的演变存在两种过程。（2）对不同厚度的PS／PMMA混合物薄膜，在退火过程中观察到两种能长时间存在的新的表面形态，并阐明其稳定存在的原因；对PS护MMA混合物超薄膜，长时间退火时，在薄膜表面观察到二次相分离。（3）首次提出了利用混合物薄膜的相分离抑制去润湿的方法，即低浓度的PMMA可以抑制PS薄膜的去润湿行为，其稳定机理归结为PMMA优先向基底的表面分离而形成的厚度为少L个纳米的PMMA富相层。（4）研究了PS／P MMA混合物薄膜在OTS图案化基底上的形态变化，结果表明，薄膜的形态演变主要由横向受限和基底的表面自由能决定。通过控制受限程度和退火时间，可得到多种形态。以PS／P 4VP夕昆合体系为例，探索了如何利用高分子混合物薄膜的相分离制备具有规则排列的有序结构。研究表明，只有当PS的分子量相对较小时，在SAM图案化的基底表面，才比较容易形成规则排列的相分离图案。该规则排列的相分离图案具有良好的热稳定性。为深刻理解在旋涂过程中高分子聚集结构的变化情况，以SESS为例，用DFM研究了旋涂高分子薄膜的形成过程。当溶液浓度较低时，首次观察到了条状取向结构并提出该结构的形成机理，说明在旋涂过程中其复杂的剪切拉伸场可以引起柔顺性高分子线团或聚集体的取向。