發(fā)布時(shí)間：2020-08-11 15:37

【摘要】：微結(jié)構(gòu)作為一種新型的功能化材料,在電子、光學(xué)、生物以及分離等領(lǐng)域日益發(fā)揮重要的作用。但是傳統(tǒng)制備微結(jié)構(gòu)的方法需要昂貴的設(shè)備和苛刻的反應(yīng)條件,并且無法大規(guī)模生產(chǎn)。為解決這些問題,本文基于一種簡單的自組裝方法——呼吸圖法,制備微結(jié)構(gòu)薄膜。通過調(diào)控實(shí)驗(yàn)條件,對(duì)微結(jié)構(gòu)的尺寸、形貌以及排列進(jìn)行調(diào)控,制備出形貌、尺寸可調(diào)控的微結(jié)構(gòu)薄膜。本文采用大分子聚乙二醇(PEG)、聚苯乙烯(PS)為原料,以自組裝的水滴為模板制備出微結(jié)構(gòu)薄膜。探討了不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)于微結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸的影響,論文具體將從以下兩個(gè)方面進(jìn)行討論:采用傳統(tǒng)呼吸圖法制備微結(jié)構(gòu)薄膜,并且通過改變有機(jī)溶劑的種類,聚合物的濃度,基底的種類以及是否加入小分子表面活性劑,制備出具有不同形貌和尺寸的聚合物微結(jié)構(gòu)薄膜,并探究各種因素對(duì)微結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸的影響機(jī)理。不同的實(shí)驗(yàn)條件可以影響呼吸圖法過程中液滴的成核和生長過程,從而最終影響微結(jié)構(gòu)的形貌,尺寸及排列。當(dāng)有機(jī)溶劑為四氯化碳,聚合物的濃度為8%,基底為硅片以及有小分子表面活性劑存在時(shí),微結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸最佳。最后,借助有限元分析方法,模擬呼吸圖法中的PEG的濃度分布。結(jié)果表明,在傳統(tǒng)呼吸圖法中,PEG在水/油界面富集,無法填充整個(gè)液滴,因此以傳統(tǒng)呼吸圖法無法一步制備出微透鏡結(jié)構(gòu)。通過引入預(yù)相分離過程,改變PEG在溶液中的初始分布,對(duì)傳統(tǒng)呼吸圖法進(jìn)行改進(jìn),從而以一步法制備出具有微透鏡結(jié)構(gòu)的聚合物微結(jié)構(gòu)薄膜。通過分析預(yù)相分離過程、預(yù)相分離時(shí)間、PEG的分子量、小分子量PEG與大分子量PEG的配比以及PS的分子量對(duì)微結(jié)構(gòu)的形貌及尺寸的影響過程,來解釋微透鏡結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。這些因素可以影響PEG在溶液中的預(yù)分布以及PEG的移動(dòng)能力,從而影響溶液各部分穩(wěn)定液滴的能力,最終影響微結(jié)構(gòu)的形貌、尺寸和排列。結(jié)果表明,當(dāng)預(yù)相分離時(shí)間為10 min時(shí),PEG200與PEG2000的比例為3:7,PS的分子量為18000時(shí),可以以呼吸圖法一步制備出具有微透鏡結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2
【圖文】：

第 1 章 緒論究證明，隨著溶質(zhì)分子量的增加，微結(jié)構(gòu)孔的直徑越來越大。另外，操作吸圖法形成的微結(jié)構(gòu)的形貌。通常認(rèn)為，在動(dòng)態(tài)呼吸圖法過程中，極性聚阻止溶液表面的水滴之間的融合，因此可以被用來進(jìn)行呼吸圖法，制備微非極性線性聚合物不能阻止液滴之間的融合，因而一般不能用來制備有序1]。所以，在動(dòng)態(tài)呼吸圖法中，線性 PS 在極其特殊的條件下才可以被用來，并且極易受分子量和溶劑的影響[22]；然而在靜態(tài)呼吸圖法過程中，即團(tuán)的線性 PS 可以用來制備形貌較好的多孔結(jié)構(gòu)，并且所制備的結(jié)構(gòu)受溫以及分子量的影響較小[23]。因此，F(xiàn)rancois 和 Yunus[24,25]提出需要用系統(tǒng)的研究手段來確定呼吸圖法微結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。

當(dāng)壓力差大于聚合物薄層的臨界壓力時(shí)，液滴會(huì)穿過聚合物薄層，從而形成穿孔結(jié)構(gòu)，如圖1.2 所示。所以，可以在一些界面張力較大的溶液體系中（如甘油或甲酸等溶液體系）

圖 1.3 在非水氣氛中制備的微結(jié)構(gòu)薄膜截面的 SEM 圖，a 和 b 分別為在甲醇和乙醇蒸氣中制備的微結(jié)構(gòu)的圖片[30]1.3.3 非平面基底上的呼吸圖法微結(jié)構(gòu)薄膜非平面結(jié)構(gòu)的圖案化是刻蝕技術(shù)的一大挑戰(zhàn)。最近的許多研究表明呼吸圖技術(shù)是在非平面基底上構(gòu)建規(guī)整圖案化結(jié)構(gòu)的簡單而有效的方法。Qiao 等[31]用星形交聯(lián)共聚物（CSPs），以呼吸圖法成功地在粘附于透射電鏡銅柵上的聚二甲基硅氧烷（PDMS）上制備出規(guī)則的圖案化結(jié)構(gòu)。研究表明，只有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）在 48℃以下的 CSPs材料才能形成規(guī)則蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，而 Tg大于 48℃的 CSPs 則形成裂紋薄膜而無法形成有序多孔薄膜。這是因?yàn)橹挥芯哂休^低 Tg的聚合物才能有效避免預(yù)應(yīng)力對(duì)于薄膜形貌的影響。最近，他們通過研究，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn) CSPs 的彈性模量對(duì)于薄膜的形貌具有很大的影響，聚合物的彈性模量可以決定在呼吸圖法過程中非平面基底上的微結(jié)構(gòu)薄膜是否會(huì)出現(xiàn)裂紋[32]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 任志宇;膠體晶體輔助構(gòu)筑有序微結(jié)構(gòu)[D];吉林大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2789253