聚合物多层次凝聚态结构的表面诱导结晶控制

This project focuses on the surface-induced crystallization of polymers. Through investigating the epitaxial crystallization of polymers on various oriented substrate, the origin for the occurrence of polymer epitaxy will be first studied. Then copolymers or polymer blends with at least one component having epitaxial crystallization ability on certain oriented polymeric substrate will be produced and their crystallization behavior on different oriented substrates will be studied. The main idea of this work is to utilize the surface-induced epitaxial crystllization of one component or both components of the system to control the crystal structure, chain orientation and spatial arrangement of molecular plane. At the same time, the microphase structure of the system will be controlled through crystallization-induced phase separation. In this way, both the phase structure and the intrinsic structure of each polymer component will be well modulated. Taking the microphase separation into account, confined crystallization of the later crystallizing component will take place, and unusual structure may be expected for the composite. Through this study, we hope to develop new technology for control phase structure with high oriented component in each phase.

围绕聚合物材料不同层次聚集态结构的形成与控制开展研究工作，在揭示聚合物附生结晶本质的基础上，重点研究高分子共聚和共混体系在取向基质上的结晶行为，拟通过结晶诱导的不同微相分离，借助附生结晶实现对复合体系微相结构、组分的晶体结构、链取向以及链平面空间排列的控制，探索结合附生结晶和微相分离有效控制高分子共聚和共混体系各级结构的技术路线。1）跟踪附生物熔体在取向基质上链取向行为，并在取向基质上构建附生物的非晶态薄膜，检测非晶膜界面层内的分子链结构，揭示聚合物附生结晶的本质；2）构筑具有附生结晶能力的嵌段共聚物，研究其在不同基质上的结晶和相分离行为，揭示组分间相互制约规律，明确影响附生结晶化学结构和相结构的因素；3）构筑相应的共混物体系，明确附生结晶对微相分离的控制规律及微相分离的受限空间结晶行为。通过本项目的实施，发展利用附生结晶控制共聚和共混高分子体系的各级结构方法。

围绕聚合物多层次凝聚态结构的表面诱导结晶控制开展了深入、系统研究工作。首先，研究了表面拓扑结构诱导的软附生结晶和晶格匹配诱导的分子附生结晶，证明表面拓扑结构和晶格匹配均可为附生物分子链提供特殊的有利堆砌方式，诱导附生结晶，但分子附生结晶能力高于软附生结晶。进一步研究了在取向基质上制备的聚合物非晶薄膜移去基质后的冷结晶行为，证明尽管附生物在制样过程中未发生结晶，但移去基质后的冷结晶同样产生附生取向结构，说明基质的表面拓扑结构或晶格匹配仅为界面处附生物分子链提供了特殊的有利堆砌方式，这种特殊排列的链段是取向成核和附生生长的原因，且证明在取向附生生长过程中，附生物的结晶动力学是控制晶型选择的关键因素。在明确附生结晶本质的基础上，围绕结晶路径、基质特征、溶剂以及附生物自身化学结构等对附生结晶的影响开展了系统研究工作，明确了各种因素对附生结晶的影响规律，为聚合物不同层次结构的表面诱导精准控制提供了理论依据，并将聚合物附生结晶拓展到了原位电化学聚合过程中。其次，重点针对单一组分能够发生附生结晶和双组分均能发生附生结晶的共聚和共混聚合物体系的表面诱导结构调控进行了研究，明确了附生结晶对双组分聚合物体系微相分离的影响规律以及微相分离对聚合物附生结晶的影响规律。对仅一个组分能够发生附生结晶的共聚物而言，附生组分的取向结晶导致另一组分同样取向结晶。对一个组分能发生附生结晶的聚合物共混体系而言，精准调控两者片晶间微相分离也能够实现体系微相结构和取向结构的协同调控。对双组分均能发生附生结晶的聚合物共混和共聚体系，附生结晶结构受两者相容性和各自的附生结晶行为影响，实现了微相尺寸和微相区内各组分本征结构均能精准可控的垂直、层状、交替微相分离，为控制聚合物共混体系微相结构及各相聚合物本征结构提供了新途径。进一步通过对光电特性聚合物体系的表面诱导特殊结构控制，大幅度提高了材料的光电性能，揭示了聚集态结构对性能的影响规律。