聚合物薄膜的表面形态结构及相关纳米材料制备

本工作主要从实验上探索了基板、溶液浓度、溶剂性质、组成对均聚物、嵌段共聚物以及嵌段共聚物与均聚物共混薄膜表面形态结构的影响。在此基础上，又以嵌段共聚物薄膜为模板，制备了多种纳米粒子。用原子力显微镜（AFM）研究了超稀PS溶液在固体基板上的表面形貌、表面粗糙度及其润湿性质。研究发现：在所用PS分子量范围内（1）随分子量的增加，退火前PS微区的平均直径增加，而平均高度减小。退火后PS微区的平均直径减小，而平均高度增加。（2）首次观察到：薄膜的表面粗糙度（Ra）除了与溶剂的蒸汽压及所用基板有关外，还和溶剂的偶极矩有关。无论在Si片还是mica上，当l所用溶剂具粼目近的偶极矩不同的蒸汽压时，蒸汽压越小，表面Ra也越小；当所用溶剂具有相近的蒸汽压不同的偶极矩时，偶极矩越大，表面Ra就越小。对所用的每一种溶剂，Si片上薄膜的Ra均大于mica上薄膜的Ra，这可能是由Si片表面的粗糙度大于mica表面的粗糙度引起的。以PS-b-P4VP嵌段共聚物为研究对象，探索了共聚物组成、基板、溶液浓度和溶剂对薄膜表面形貌的影响，并对非对称PS-b-P4VP薄膜在甲醇蒸气下表面形貌随时间的演变过程进行了观察。首次观察到：本体为柱状结构的Ps-b-P4VP薄膜，随着在甲醇蒸气中处理时间的增加，形貌从无特征表面、凹陷结构和条带共存的杂化形貌、条状微区、六方排列的凹陷结构、再到条状微区的转变。不同膜厚其形貌转变程度亦不同，膜越厚观察到的形貌转变就越多。而对于厚度约为18.6nm本体为球状结构的PS-b-P4VP薄膜，当在甲醇蒸气中退火时，只观察到了六方排列的凹陷结构并且这种结构不随退火时间的增加而改变。通过对不同组成PS-b-P4VP／hPS混合物薄膜在云母和石墨上表面形貌的研究，首次观察到：在云母基板上随混合物中Φps的增加，表面形貌经历着由六方有序的球状微区向条状结构再向球状微区最后到宏观相分离结构的转变；而在石墨基板上，随Φps的增加，表面形貌逐渐由条带结构向球状结构转变，未观察到明显的宏观相分离。以PS-b-P4vP胶束薄膜为模板合成了Ag-Pd及ZnO纳米结构，并对不同表面活性剂包裹的CdSe在PS-b-P4VP薄膜中的选择性分布进行了探索。 以PS-b-P4VP胶束薄膜为研究对象研究了溶剂蒸气及酸溶液对其表面形貌的影响。实验结果表明，除了甲醇蒸气，用一元酸处理薄膜也能得到纳米孔结构。