ATRP法两嵌段共聚物的合成和有序纳米膜的制备

摘要

本文研究了两嵌段共聚物纳米薄膜的有序化和自组装行为。采用ATRP法制备了两嵌段共聚物PS-b-PMMA和PEO-b-PS。对于PS-b-PMMA嵌段共聚物的薄膜自组装，研究了溶剂蒸气后处理时间对PS-b-PMMA旋涂薄膜表面形貌的影响。对于PEO-b-PS嵌段共聚物的薄膜自组装，使用了旋涂成膜和滴铸成膜两种方法制备薄膜。研究了不同分子量的PEO-b-PS嵌段共聚物在不同溶剂熏蒸条件下成膜以及溶剂蒸气后处理过程后形貌的变化。进一步探讨了PEO-b-PS嵌段共聚物与其他物质复合体系的薄膜自组装行为。具体内容有以下四个方面:
　　 1.采用ATRP法合成了PS-b-PMMA嵌段共聚物和两个分子量PEO-b-PS嵌段共聚物。PS-b-PMMA嵌段共聚物的数均分子量和分子量分布分别是是32800和1.37。两种PEO-b-PS嵌段共聚物的数均分子量分别是37000和29900，分子量分布分别是1.25和1.22。实验中使用ATRP法成功地合成了三种分子量分布窄的两嵌段共聚物。
　　 2.将PS-b-PMMA嵌段共聚物配制成0.4wt％和0.6wt％两种浓度的THF溶液，旋涂成膜后用三氯甲烷溶剂熏蒸后处理。随着处理时间的增加，薄膜表面的PMMA逐渐形成圆柱状的突起，一定时间后圆柱突起反而向内凹陷，有相互溶合的趋势，继续使用溶剂熏蒸，圆柱突起数量增加并且形成形貌较规律的薄膜。
　　 3.在PEO-b-PS嵌段共聚物旋涂薄膜体系中，使用嵌段共聚物PEO-b-PS-1/苯溶液旋涂成膜时，与在空气中旋涂成膜相比，在苯蒸气环境下旋涂后可得到相分离明显的薄膜;使用两种浓度PEO-b-PS-1(PEO=12.9wt％)/甲苯溶液旋涂成膜，在甲苯/水共溶剂中旋涂并且经过甲苯/水共溶剂蒸气的后处理，薄膜表面均可呈现20nm左右PEO嵌段圆柱状嵌段为基质，PS嵌段为基底的形貌;使用0.5wt％PEO-b-PS-2/甲苯溶液，在甲苯/水共溶剂中旋涂并且经过甲苯/水共溶剂蒸气的后处理，可以形成规律六方堆积圆柱的长程有序状薄膜。加入小分子PEO-OH均聚物后，通过与PEO嵌段的相互作用，控制PEO嵌段圆柱的尺寸。
　　 4.在PEO-b-PS嵌段共聚物滴铸薄膜体系中，使用0.5wt％PEO-b-PS-1(PEO=12.9wt％)/甲苯溶液滴铸成膜，改变滴铸薄膜的成膜条件，薄膜表面从条纹状、不规则圆柱状、反圆柱状到规律纳米圆柱的形貌;使用0.5wt％PEO-b-PS-1(PEO=12.9wt％)/甲苯&水溶液滴铸成膜，PEO的亲水性使得水进入了PEO嵌段微区，增加PEO圆柱微区的尺寸;使用0.5wt％PEO-b-PS-2(PEO=15.5wt％)/三氯甲烷溶液滴铸成膜，通过改变溶液中对硝基苯胺的含量(0、0.05wt％、0.1wt％和0.3wt％)，由于氢键的作用，实现了薄膜形貌从圆柱状、层状再到圆柱状的结构改变;在0.5wt％PEO-b-PS-2/三氯甲烷溶液体系中加入间二硝基苯以后对薄膜表面形貌的控制能力减弱，也从间接上证明了氢键在PEO-b-PS-2/三氯甲烷&对硝基苯胺中的作用。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 嵌段共聚物作为自组装材料的优势

1．3 嵌段共聚物的制备

1．4 嵌段共聚物薄膜自组装材料

1．4．1 两嵌段共聚物

1．4．2 三嵌段共聚物

1．4．3 多嵌段共聚物和超分子聚合物

1．4．4 含有杂化物质的嵌段共聚物

1．5 嵌段共聚物薄膜的制备

1．5．1 旋涂

1．5．2 去润湿

1．5．3 溶剂退火

1．6 嵌段共聚物薄膜形貌的影响因素

1．6．1．薄膜厚度

1．6．2 成膜环境

1．6．3 溶剂蒸气后处理

1．6．4 加入其他物质

1．7 嵌段共聚物薄膜的应用

1．7．1 制备多孔薄膜

1．7．2 用作纳米模板

1．7．3 制备纳米复合材料

1．8 本课题的研究目的及意义

第二章 两嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)和聚环氧乙烷-b-聚苯乙烯(PEO-b-PS)的制备

2．1 实验原料及试剂

2．2 实验仪器及测试方法

2．3 实验步骤

2．3．1 溴异丁酸苯甲酯(BIBB)的制备

2．3．2 聚苯乙烯-溴(PS-Br)大分子引发剂的制备

2．3．3 聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)嵌段共聚物制备

2．3．4 聚环氧乙烷-溴(PEO-Br)大分子引发剂的制备

2．3．5 聚环氧乙烷-b-聚苯乙烯(PEO-b-PS)嵌段共聚物制备

2．4 结果与讨论

2．4．1 BIBB的合成

2．4．2 PS-b-PMMA的制备

2．4．3 PEO-b-PS嵌段共聚物的制备

2．5 小结

第三章 嵌段共聚物PS-b-PMMA旋涂薄膜的自组装研究

3．1 实验原料及试剂

3．2 实验仪器及测试方法

3．3 嵌段共聚物PS-b-PMMA薄膜的制备

3．4 结果与讨论

3．5 小结

第四章 嵌段共聚物PEO-b-PS旋涂薄膜的自组装研究

4．1 实验原料及试剂

4．2 实验仪器及测试方法

4．3 嵌段共聚物PEO-b-PS旋涂薄膜的制备

4．3．1 苯做溶剂旋涂成膜

4．3．2 甲苯作溶剂旋涂成膜

4．4 结果与讨论

4．5 小结

第五章 嵌段共聚物PEO-b-PS滴铸薄膜的自组装研究

5．1 实验原料及试剂

5．2 实验仪器及测试方法

5．3 嵌段共聚物PEO-b-PS滴铸薄膜的制备

5．4 结果与讨论

5．5 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

硕士成果及发表的学术论文

作者和导师介绍

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书