高级多孔微结构的聚合物膜的水滴模板法制备与应用研究

摘要

作为一种新型的自组装技术,水滴模板法近年来引起了人们的极大关注,已成功应用于微纳米层次上制备在传感器、光电器件、生物技术等方面有广阔应用前景的聚合物多孔膜。但如何简单、高效实现具有高级多孔微结构的可控构筑仍是该技术面临的一大难题。
　　 本论文基于水滴模板法,实现了聚苯乙烯(PS)／聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的蜂窝状高级有序多孔膜的可控制备,初步探索了多孔膜在模板复制方面的应用。
　　 首先设计引入PS和PVP为膜材,氯仿为低沸点有机溶剂,以冷凝水滴为模板,在高湿度环境下制备出孔内富含有PVP的高级微结构的蜂窝状有序多孔膜。系统考察了制备过程中浓度、湿度、温度以及PS／PVP的质量比等实验因素对孔微结构的影响,并利用光学显微镜、扫描电镜以及原子力显微镜进行了详细的表征。结果表明PS／PVP多孔膜的孔内具有PVP高级岛状结构,水处理去除后得到相应的孔结构;该岛状结构的突起高度可由加热温度和加热时间来调控。
　　 以制得的PS／PVP聚合物多孔膜作为基底,结合微压印技术,在一定温度下成功实现了其表面的微图案化。多孔膜与压印模板接触和未接触的部分具有不同的加热温度和加热时间可调的PVP岛状结构突起。在压印的同时,功能性高分子选择性转移到多孔膜表面,实现了多孔结构的表面功能化,拓宽了多孔膜的应用范围。并进一步以所得的PS／PVP多孔膜作为软刻蚀法中用于复制的模板,成功实现了同一种多孔膜,经过不同的简单后处理(如加热、水洗或微压印)或在不同的复制条件下具有的丰富多样的可控易调的高级孔微结构的精细复制。