高空间分辨分子光谱成像研究聚合物共混体系的相态结构

This project utilizes high-spatial resolution molecular vibration spectroscopy imaging/mapping techniques (including Raman mapping and AFM-IR nano imaging) joint with conventional AFM methods to investigate the structure and phase of PS/PMMA polymer blends and interface dynamics evolutionary process. Also imaging the micro-scale chemical composition, mechanical/thermal properties of the blends while scanning morphology. The aim is to observe new phenomenon existing in blends at high spatial resolution nano scale, further to estiblish new model for revealing interface diffusion of immiscible molecular chain and reaction kinetics law in reactive compatibilization system. Also it will be illustrated on chemical component diffusion kinetics in polymer matrix, distribution of compatilizer at interface, and effect of interface copolymer on performance. The research contents and results will provide very important theoretical basis and practice references for product synthesis and application of new polymer blends.

本项目拟利用高空间分辨分子光谱成像技术（包括拉曼成像、TERM和AFM-IR）并结合AFM及其相关技术研究PS和PMMA共混增容体系的界面结构和双层薄膜体系的界面在原位反应生成共聚物过程中的演变，共混体系的表面形貌扫描的同时对微区化学组分、机械性能和热性能等进行成像分析，形成系统研究相态结构的纳米红外和拉曼光谱成像方法。结合研究聚合物共混体系界面扩散过程，包括扩散过程动力及热力学参数基础上，致力于建立一个理论模型及表征方法来解释和表征共混增容体系相界面分子链的扩散。理解各个组分在聚合物基体中的扩散动力学、增容剂在界面上的分布以及这种分布对共混体系界面张力的影响、界面上共聚合物的生成动力学等。本项目的研究内容和结果可以为新型聚合物共混合金的产品性能控制或应用提供重要的理论依据和实际指导。

本项目提出利用高空间分辨分子光谱成像技术（包括拉曼成像、TERM和AFM-IR）并结合AFM及其相关技术研究PS和PMMA共混增容体系的界面结构和双层薄膜体系的界面在原位反应生成共聚物过程中的演变，共混体系的表面形貌扫描的同时对微区化学组分、机械性能和热性能等进行成像分析，形成系统研究相态结构的纳米红外和拉曼光谱成像方法。（1）结合研究聚合物共混体系界面扩散过程，包括扩散过程动力及热力学参数基础上，建立一个理论模型及表征方法来解释和表征共混增容体系相界面分子链的扩散, 理解各个组分在聚合物基体中的扩散动力学、增容剂在界面上的分布以及这种分布对共混体系界面张力的影响、界面上共聚合物的生成动力学等。（2）通过改进扫描探针显微技术对材料表界面的结构与性质进行原位、实时的测量和分析；发展了基于表面增强拉曼散射技术的纳米局域热点温度检测方法。（3）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。（4）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。