均聚物及嵌段共聚物薄膜内膨胀力的研究

聚合物的膨胀是指样品从低温到高温表现出比容逐渐增大体积变大的特性。聚合物薄膜的内膨胀力是指固态弹性薄膜附着在坚硬基板上或者在受限的情况下，聚合物与基板或者受限体的热膨胀系数不匹配的条件下产生的内应力。这种内应力对均聚物薄膜的表面形貌以及嵌段共聚物的微相结构的取向有着极为重要的影响。本项目计划通过对聚合物薄膜、超薄膜内膨胀力大小及其方向进行深入的、系统的研究，了解内膨胀力的产生机理和控制方法，阐明内膨胀力与薄膜的表面结构规律性变化的定量关系，建立定量检测聚合物薄膜超薄膜内膨胀力的方法。为研制和开发检测聚合物薄膜内应力及内膨胀力的仪器奠定理论基础。利用薄膜样品的内膨胀力来调控嵌段聚合物纳米尺度的有序微结构。

内膨胀力诱导的聚合物薄膜不稳定是高分子物理领域的一个重要研究课题，国内外对这一课题的研究很重视。我们对受限环境下聚合物薄膜不稳定性进行了深入研究，获得了一系列研究成果。我们成功设计和制备了用于内膨胀力研究的模板，阐明了受限条件下聚合物薄膜不稳定机理，定量描述了受限条件下聚合物薄膜不稳定的动力学过程，获得了受限条件下薄膜表面形貌对内膨胀力敏感的模板的物理参数，通过与聚苯乙烯（PS）及聚丙烯酸甲酯（PMMA）均聚物薄膜样品的对比实验，探明了苯乙烯丙烯酸甲酯嵌段共聚物（PS-b-PMMA）薄膜样品的微相分离和内膨胀力这两种作用对自组装结构的影响，提出了在内膨胀力作用下柱状嵌段共聚物薄膜自组装形成纳米图案的作用机制，建立了嵌段共聚物表面自组装结构的变化规律与嵌段共聚物薄膜内膨胀力大小及方向的关系，为发展定量检测聚合物薄膜超薄膜样品内膨胀力的新方法奠定了基础。