均聚物对受限两嵌段共聚物/均聚物共混物相行为、结构和形貌的调控作用

The confined diblock copolymer/homopolymer blends is an important route for controlling the orientation, long range order and domain size of block copolymer and producing new nanostructures. In this project,in order to understand the roles of homopolymer on the diblock copolymer/homopolymer blends thin films, we will selecte four different diblock copolymer/homopolymer blends based on miscibility and crystallizability to investigate the factors of homopolymer of concentration, molecular weight, miscibility, and crystallization on the surface wetting, phase behavior,structure and morphology formations of diblock copolymer/homopolymer blends thin films. The 2D GISAXS, AFM, XPS and Ellipsometer mehtods will be used to characterize the blends thin films. Based on the results of this project, we will provide the guideline for fabrication various nanostructures and will give more experimental evidences for understanding the basic issues of wetting and confined behaviors.

受限两嵌段共聚物/均聚物是调控嵌段共聚物的取向、长程有序结构和相区尺寸，以及获得新的纳米结构的重要途径。在本项目中，为理解均聚物在两嵌段共聚物/均聚物共混物薄膜中的调控作用，我们拟选择不同相容性和结晶性的四种两嵌段共聚物/均聚物共混体系来研究均聚物的含量、分子量、相容性、结晶性等影响因素对表面润湿、相行为、结构和形貌形成的影响。我们拟利用同步辐射二维掠入射X-射线散射（2D GISAXS）、原子力显微镜 （AFM）、X-射线光电子能谱（XPS）和椭偏仪等技术表征共混物薄膜结构和形貌。 此研究结果能为制备不同纳米结构提供理论指导，同时能为理解润湿和受限行为等基础科学问题提供更多的实验证据。

嵌段共聚物是两个或多个不同化学结构的链段通过化学键连接形成的高分子。微相分离形成的嵌段共聚物纳米结构在能源、光电、生物和催化等领域具有广泛的应用前景。因此，如何获得所需的嵌段共聚物纳米结构是实际应用的关键。调控嵌段共聚物纳米结构方法中，通过引入均聚物来控制嵌段共聚物的纳米结构是在不聚合新的嵌段共聚物的情况下能实现改变尺寸和结构的有效途径。然而，均聚物对受限嵌段共聚物薄膜结构与形貌的影响机制仍不够清楚。本项目以结晶/无定形两嵌段共聚物为模型，利用同步辐射二维掠入射X-射线散射技术（2D GIWAXS）、原子力显微镜技术（AFM）、X-射线光电子光谱技术（XPS）和小角X-射线散射技术（SAXS）等研究了均聚物的含量、分子量、均聚物的种类以及溶剂对结晶/无定形嵌段共聚物薄膜的形貌的影响，探讨了溶剂蒸发诱导结晶/无定形嵌段共聚物薄膜的液液相分离、结晶和微相分离相互作用。具体研究内容包括1）混合溶剂对结晶/无定形嵌段共聚物薄膜结构与形貌的影响；2）基板处理对结晶/无定形嵌段共聚物薄膜结构与形貌的影响；3）溶液浓度对结晶/无定形嵌段共聚物薄膜结构与形貌的影响；4）结晶均聚物含量和种类对结晶/无定形嵌段共聚物薄膜结构与形貌的影响；5）无定形均聚物分子量对结晶/无定形嵌段共聚物薄膜结构与形貌的影响。其重要结果包括1）提出了溶剂诱导结晶/无定形结构与形貌形成机制；2）提出了溶剂蒸发诱导的结晶/无定形嵌段共聚物的结晶、液液相分离和微相分离相互竞争作用机制，以及决定结晶/无定形嵌段共聚物薄膜的最终结构和形貌的关键因素；3）提出了均聚物调控对嵌段共聚物的纳米结构尺寸机制；4）提出了均聚物对溶液蒸发诱导结晶/无定形嵌段共聚物液液相分离调控机制。本项目研究成果为嵌段共聚物薄膜结构和形貌调控提供思路，且能为溶剂蒸发诱导聚合物液液相分离与结晶相互作用关系的理论建立提供实验数据，在高分子物理领域中具有重要的科学意义。