外场作用下聚合物薄膜微结构的变化及不稳定性的研究

摘要

共轭聚合物是具有特殊功能的一类高分子化合物，它们具有金属和半导体材料的光学和电学性能以及良好的高分子聚合物的加工和力学性能。研究发现，外场的作用可以诱导共轭聚合物薄膜微结构发生变化，形成有序结构，进而提高聚合物应用性能。本文以3-甲基噻吩为基本原料，合成噻吩衍生物单体，以1,3-双（二苯基膦丙烷）二氯化镍为金属催化剂，运用金属催化偶联法合成聚噻吩衍生物并研究外场对聚合物有序性结构形成的影响。本文的另一部分工作研究了聚合物薄膜表面不稳定现象，即在外场作用下，镶嵌有纳米粒子的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜由于纳米粒子和聚合物的热膨胀系数不同，聚合物薄膜在热膨胀作用下产生了应力，随着应力的释放，薄膜表面形成了具有特定波长和振幅的波状起伏。聚合物薄膜通常是通过旋涂聚合物溶液形成的，溶剂可以影响聚合物的构象、缠结密度，进而影响聚合物薄膜的应力释放。
　　本研究主要内容包括：⑴合成出区域规则性聚噻吩衍生物，经不同外场（温度、溶剂）处理后聚合物分子链取向和有序性增加，并随处理时间的延长有序度增大。⑵制备镶嵌有二氧化硅纳米粒子的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，观察在热膨胀下薄膜表面形貌的演变。结果表明，聚合物薄膜经热膨胀后，表面出现波状起伏，其波长和振幅随时间的演变主要有两个时间节点（t1和t2），在演变的早期（t< t1），波状起伏波长和振幅变化比较小，呈现出缓慢的增长。在演变的中期（t1t2），波状起伏的波长和振幅趋于平衡。⑶聚甲基丙烯酸甲酯薄膜经过外场（溶剂场）处理90min后热膨胀，实验结果表明，溶剂处理后薄膜表面起伏波长和振幅明显增大，演变过程分为三个阶段（具有两个时间节点（t1和t2）），演变早期与中期的时间节点t1并没有发生变化，但是演变中期与演变后期的时间节点t2却明显缩短。

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第一章 绪论

1.1 共轭导电聚合物

1.1.1 导电聚合物的发现

1.1.2共轭导电聚合物的掺杂和导电特性

1.1.3共轭导电聚合物的制备

1.1.4共轭导电聚合物的应用

1.1.5 外加场对共轭高分子构象的影响

1.2 聚合物薄膜的表面不稳定性

1.2.1 表面皱纹现象的产生

1.2.2 表面皱纹的机理和应用

1.2.3 薄膜中残余应力

第二章 本论文的研究内容和意义

第三章 共轭聚合物薄膜微结构变化的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 噻吩衍生物单体的合成

3.2.3 聚噻吩衍生物的合成

3.3 聚噻吩衍生物薄膜微结构变化研究

3.3.1 聚合物薄膜的制备

3.3.2 聚合物薄膜的处理实验

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 聚甲基丙烯酸甲酯表面不稳定性研究

4.1 引言

4.2 二氧化硅镶嵌的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的制备

4.2.1 实验材料

4.2.2 镶嵌有二氧化硅纳米粒子硅片的制备

4.2.3 聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的起伏现象

4.3.2 二氧化硅纳米粒子分布和间距对聚合物薄膜的影响

4.3.3 聚合物薄膜表面起伏的演变过程

4.3.4 溶剂处理对聚合物薄膜表面起伏的影响

4.3.5 热处理温度对聚合物表面波状起伏的影响

4.4 本章小结

第五章 全文总结

5.1 本论文主要结果

5.2 问题与展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表论文

致谢