聚合物-金属微纳结构的表面增强拉曼散射效应及其应用研究

The Surface-enhanced Raman Scattering (SERS) based on Raman spectrophotometer is used to study the conformation of polymer chain at the polymer/metal interface, and chemical composition, morphology characteristics and diffusion kinetic in the phase interface of polymer blend. The main research contents are as follows: 1. The highly sensitive and available metal substrate such as spacing controlled metal micro-nano structure, stimuli-responsive metal micro-nano structure and conductivity metal micro-nano structure will be prepared by the polymer template for SERS. 2. The mechanism of chemical bonding between polymer molecules and nano-sized metal may be related with chemical enhancement mechanism or electromagnetic mechanism,which will be revealed by macromolecular chain orientation and conformation at the interface via SERS spectrum. It is expected to provide further information about energy transfer at the polymer/metal interface. 3. The chemical composition, phase structure and diffusion kinetics of polymer chain at the phase interface of polymer blend or its compatible system will be studied by the SERS and Raman mapping. It is expected to provide theoretical guidance for chemical composition and distribution about compatibilizer at the polymer/polymer interface.This project reveals the polymeric conformation and phase structure and provides more rich, deep-level microscopic information for the dynamic process of molecular motion. Moreover it will expand the polymer characterization techniques.

本项目提出基于表面增强拉曼散射光谱方法（SERS）研究聚合物分子链在界面处的构象以及聚合物共混材料相界面处的化学组成、相态结构和扩散动力学。主要包括：1. 利用聚合物作为合成模板或载体，制备选择性强、灵敏度高和实用性强的间距可控的阵列金属微纳结构、环境响应性金属微纳结构和电导性金属微纳结构的SERS基体，建立聚合物构筑金属微纳结构的调控方法；2. SERS技术研究聚合物大分子链在界面处的取向和构象，揭示金属纳米尺寸下聚合物大分子和金属基底的成键相互作用的化学增强机理或物理机理，揭示分子体系的能量转移的本质；3. 通过对聚合物共混体系及其增容体系相界面处的化学组成、相态结构及分子链的扩散动力学的研究，揭示增容剂在相界面处的化学组成和分布规律，理论上指导聚合物共混体系的加工条件的确定及增容剂的选用和用量。

本项目提出基于表面增强拉曼散射光谱方法（SERS）研究不同形貌金属微纳结构对SERS效应的影响，利用SERS和拉曼Mapping技术研究了聚合物分子链在界面处的构象以及聚合物共混材料相界面处的化学组成、相态结构和扩散动力学。主要包括：（1）合成了不同形态的银微纳结构，这些银微纳结构可以作为良好SERS效应的基体，可用于单分子的检测。利用这些基体，采用SERS 技术确定聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯胺（PANI）等聚合物大分子链银金属界面的键合方式，揭示金属纳米尺寸下聚合物大分子和金属基底的成键相互作用及其相关的化学增强机理或物理机理，理解分子体系的能量转移过程和在金属界面间的分子链构象和取向；（2）合成了不同形貌的导电聚苯胺，这些聚苯胺在应用于太阳能电池和超级电容器方面时，表现出良好的物理化学性能，可以作为可再生能源材料的活性材料。聚苯胺其特殊的结构和良好的电导性，与银微纳结构相结合时，有望提高SERS的灵敏性和选择性；（3）利用变温拉曼光谱技术研究了结晶聚合物在结晶过程中的构象转变，揭示了大分子链在等温结晶和非等温结晶过程中分子链的动态松弛过程，这对于控制聚合物的结晶形态和结晶类型提供了一定的理论指导。利用拉曼Mapping成像技术研究了聚合物共混体系的相态结构和化学组成，了解聚合物共混材料相界面处的结构信息，为聚合物共混材料的制备提供了一定的理论基础。