聚苯乙烯纳米薄膜的制备与表征

摘要

本实验中配制了不同相对分子质量聚苯乙烯的极低浓度溶液,并在常温下通过旋转涂膜和蒸发沉积两种不同方法对所有溶液体系进行了纳米薄膜的制备,然后对这些薄膜样品进行原子力显微镜的表征和分析。本文着重研究了各种参量(如浓度,相对分子质量等)对薄膜性质的影响及规律,并对制备方法的机理展开深入探讨。最后对极低浓度下形成的薄膜中聚苯乙烯分子的形态进行了模拟。
　　 结果表明,薄膜颗粒尺寸体现了随溶液浓度降低而减小的规律,且在极低浓度下薄膜的颗粒分布非常稀疏。经过模拟估算极低浓度下平均每个颗粒分子聚集程度最低,但估算值也远大于单分子颗粒的预期。这是由估算时采用的相关模拟,仪器测量的放大效应及成膜过程中分子聚集等原因共同造成的。
　　 旋转涂膜得到的薄膜颗粒展现了很好的均匀性,而蒸发沉积的薄膜颗粒的均匀性就较差,且尺寸均匀性也随相对分子质量增加而逐渐变差,这是由两种制备方法的机理不同造成的。极低浓度下的薄膜颗粒的平均尺寸均随相对分子质量增加而增加,但颗粒的分子聚集程度却体现了与相对分子质量的负相关效应。蒸发沉积的薄膜颗粒平均尺寸较大且对相对分子质量递增趋势更明显。
　　 浓度越低薄膜的表面粗糙度越低,极低浓度下不同相对分子质量的薄膜的粗糙度大致相同,蒸发沉积的薄膜粗糙度仅仅略微高于旋转涂膜的薄膜。因此浓度是薄膜表面粗糙度的关键影响因素,在极低浓度下相对分子质量和制备方法不是表面粗糙度的关键影响因素。
　　 旋转涂膜的薄膜分子的模拟结果呈水平直径略大的椭球形,且这一趋势且随相对分子质量递增而愈发明显。蒸发沉积的薄膜分子的模拟结果几乎为规则球形,没有呈现旋转涂膜的规律。这同样是由于两种制备方法的机理不同所致。上述问题均在本文中有详细讨论。