静态呼吸图法构筑蜂窝状聚合物有序多孔薄膜

摘要

聚合物有序多孔材料在催化、光子晶体、分离膜和生物技术等领域具有非常广阔的应用前景，发展和探索制备聚合物有序多孔结构的简单方法成为了研究者关注的热点，而呼吸图(BreathFigure，BF)法就是制备聚合物有序多孔结构简单高效的方法之一。在本论文中，我们利用静态BF法成功制备了高度规整有序的蜂窝状多孔聚合物微结构，研究了在非平面基底及非水溶剂气氛中多孔结构的形成过程，主要内容如下:
　　基于前人提出的“只有玻璃化转变温度（Tg）低于48℃的星形聚合物，通过BF法才能在非平面基板上构筑有序多孔薄膜，并能够很好的复制基板轮廓”的观点，我们用高Tg嵌段共聚物(聚苯乙烯-b-聚丙烯酸，PS-b-PAA)和均聚物（聚苯乙烯，PS）进行了更深入的研究。实验结果表明，采用Tg高于48℃的线性聚合物同样可以在各种图案化三维基板上构筑聚合物有序多孔薄膜，并能够有效复制非平面基板表面轮廓。我们引入了溶剂增塑的机理来解释上述结果，认为在BF过程中聚合物被溶剂高度塑化，粘度下降从而可以复制非平面基底的轮廓。这一发现有助于揭示BF法制备有序多孔聚合物薄膜的机理，并拓展了BF法的应用范围。
　　我们利用静态BF法在非水氛围下成功制备了蜂窝状聚合物多孔薄膜。常规BF法使用水蒸气作为铸膜气氛，而我们首次选用饱和甲醇和乙醇蒸气作为冷凝气氛，成功制备了高度有序蜂窝状结构。我们研究了产生气氛的溶剂的物理性质（表面张力、蒸发焓）与所制备的聚合物多孔结构形貌特征（孔形状、孔径、规整度）之间的关系，发现所选蒸气氛围蒸发焓越大，在该气氛下制备的多孔结构孔径越小;表面张力越大，在此蒸气氛围下得到的多孔结构孔形貌越接近球型。实验结果表明，非水蒸气气氛（甲醇和乙醇蒸气氛围）下用静态BF法同样可以制备蜂窝状聚合物有序多孔薄膜，非水蒸气氛围静态BF法不但扩展了BF过程，而且为多孔结构孔形貌和尺寸实现有效调控提供了一种简单有效的方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 聚合物多孔结构制备方法

1．2．1 模板法

1．2．2 嵌段共聚物微相分离法(Templating via microphase separation of copolymer)

1．2．3 直接合成法(Direct synthesis methodology)

1．3 静态BF法制备多孔有序聚合物薄膜

1．3．1 BF法概述

1．3．2 BF过程及机理

1．3．3 BF法制备蜂窝状聚合物多孔薄膜过程的影响因素

1．3．4 BF法制备多孔薄膜应用

1．4 论文选题与设计思路

第二章 高Tg聚合物静态BF法制备有序多孔薄膜

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 化学试剂

2．2．2 聚合物合成及表征

2．2．3 非平面基板上静态BF法构筑三维有序多孔薄膜实验过程

2．2．4 仪器与表征

2．3 结果及讨论

2．3．1 高Tg的PS-PAA通过静态BF法制备聚合物多孔有序结构

2．3．2 非平面基板上BF法机理研究

2．3．3 非平面基板微图案尺寸对聚合物多孔结构的影响

2．3．4 静态BF法在TEM铜网基板上构筑PS多孔薄膜

2．4 本章小结

第三章 非水气氛下静态BF法制备有序多孔薄膜

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 材料及试剂

3．2．2 采用ATRP合成PDMS-b-PS

3．2．3 非水氛围下静态BF法制备有序多孔聚合物薄膜

3．2．4 制备SiO2陶瓷多孔膜

3．2．5 多孔SiO2薄膜为模板制备图案化的PDMS

3．2．6 仪器与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 非水氛围下静态BF法制备有序多孔聚合物薄膜

3．3．2 不同蒸气氛围对BF过程孔尺寸和形貌的影响

3．3．3 不同蒸气氛围下BF过程机理

3．3．4 不同蒸气气氛下静态BF法制备的蜂窝状多孔结构模板化应用

3．3．5 陶瓷微结构作为模板制备反相PDMS微结构

3．3．6 静态BF法在非水氛围制备球状或多孔结构

3．4 本章总结

第四章 结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢