溶剂诱导高分子薄膜去润湿动力学机理

Here, this project aims at the investigation of dynamics and instability of solvent-induced polymer film by menas of both experiment and similuation. We choose two kinds of model systems, thermoplastic polystyrene and elastic Polydimethylsiloxane. Firstly, we monitor evolution of the structures by in situ optical microscope (OM) and ellipsometer. Secondly, we investigate the scalling behavior between hole size and time, morphology of hole and rim. We obtain effect of slippage and viscoelasticity on the moving front of dewetting and rim instabilty; understanding solvent induced dewetting mechanism. In addtion, we will establish kinetic Monte Carlo, Molecular Dynamics and numerical modelling, which can give chain conformation on the surface and dewetting dynamics of different viscoelestic liquid. According to experiment and simulation, we will try to suggest a universal model to discribe the mechanism of solvent-induced dewetting dynamics, which will be helpful for control of morphology and structure of complex polymer film.

本基金申请旨在通过实验和理论模拟相结合，以热塑性聚苯乙烯和弹性体聚二甲基硅烷作为模型体系，探讨溶剂诱导高分子薄膜去润湿动力学机理。实验方面：通过原位实验研究探讨高分子的分子量及其分布、膜厚、溶剂性质及温度等对溶剂诱导高分子薄膜去润湿动力学行为的影响规律，通过动力学标度行为和去润湿的孔形貌和边缘形貌的分析，阐释高分子薄膜的本质特征，如：高分子薄膜的滑移效应、粘弹性以及缠结等；理论模拟方面：利用密度泛函方法来计算各种溶剂和高分子单体在固体基底上的吸附能，利用分子动力学和蒙特卡洛等微观手段获得早期的链的构象信息，利用数值模拟方法探讨不同粘弹性高分子薄膜去润湿的形貌演变动力学；综合实验和模拟研究，揭示薄膜早期发生不稳定的机理和根源，阐明中后期的滑移效应、粘弹性和缠结等对不稳定去润湿结构演变动力学的影响规律；最终我们期望给出普适的模型深层次阐释溶剂诱导高分子薄膜去润湿动力学的机理。

溶剂诱导高分子薄膜稳定性的机理研究不仅有助于控制高分子薄膜环境长期使用的稳定性，而且还可以利用溶剂的可调性简单方便获得大面积规整的多级结构，为高分子薄膜材料的应用提供重要的指导。本项目基于实验和模拟相结合的手段，在实验方面建立了原位椭偏仪和光学显微镜联用的平台，不仅可以原位跟踪溶剂进入薄膜的动力学过程而且可以同时获得薄膜结构演化动力学；在模拟方面提出评估高分子运动受限程度的参量，并建立了薄膜受限体系缠结程度参量，从而明晰了缠结和受限之间的竞争关系。进一步揭示了分子量导致去润湿动力学机理不同的根源，明晰了物理老化对溶剂蒸气诱导高分子薄膜去润湿中边不稳定的影响，提出溶剂诱导复杂高分子共混薄膜去润湿液滴尺寸由较厚一层决定的观点为大面积制备纳米尺度多级结构的精细调控提供重要的指导，进而实现溶剂诱导调控去润湿制备大面积SERS基底以及多种结构的精细调控。