运动温度梯度场作用下高分子链扩散行为的实验研究

The diffusion in dense polymer has attracted stable interest for a long time. We present an experimental description of diffusion in a binary blend of polymers and a block copolymer in the moving thermal gradient field with the constant speed or variable speed. Our research work focus on the diffusion of polymer chains, dynamics variation, domain reorganization, moving behaviors of polymer chains and dynamic heterogeneity during the phase-separation/ phase-demixing in a binary blend of polymers and micro phase-separation in a block copolymer system. In the mean time, we quantitively compare with the diffusion behavior in static external field in order to understand the motion mechanism of polymer chains from a different point of view. This study would shed a light on the control of polymer system and the optimization on the variety of structures.

高分子链的扩散行为一直是高分子物理领域的重要课题。本项目设计高分子物理实验，选择多组分聚合物及嵌段共聚物体系为研究对象，研究运动温度梯度场作用下高分子的扩散行为。本项目研究的主体思想是：利用恒速或者变速运动的温度梯度场中多组分聚合物的相分离和相分离逆过程（相混合）以及嵌段共聚物体系的微相分离作用，来直接和精确地研究高分子链的扩散运动、动力学变化、协同重组区形成及演变、运动特征及动力学不均匀性等物理问题，并且与静态场下的扩散行为进行定量比较，从不同角度理解高分子链的运动机理，加深对高分子链运动本质的理解。同时也将为大分子体系有效调控（外场）和结构多样性优化控制的实现提供指导。

高分子链扩散行为是高分子物理领域的一个重要研究课题, 根据项目计划，我们设计了高分子物理实验，以具有典型旋节相分离行为的乙烯己烯共聚物/乙烯丁烯共聚物的共混体系（poly(ethylene-co-hexene)/ poly(ethyleneco-butene), PEH/PEB）为研究对象，研究运动温度梯度场作用下高分子链的扩散行为。系统地研究了外场作用下PEH和PEB的互扩散（interdiffusion）行为; 运动温度梯度场下高分子链扩散的动力学变化的本质; 影响高分子链间互扩散行为的主要因素; 高分子链互扩散界面处扩散通量不均匀性的本质和规律, 与现有理论和模拟结果做定量比较; 温度梯度场下多组分聚合物体系相分离动力学变化的机理;运动温度梯度场对多组分聚合物体系相图的影响。获得高分子链的扩散系数、扩散界面宽度、扩散界面处组分分布，并与静态温度场中高分子链的扩散行为进行了定量比较; 探明了影响高分子链扩散的动力学性质的主要因素; 通过控制高分子链扩散的热力学驱动力、不同相区间及链段间的相互作用力, 探明了扩散界面运动的本质和规律以及影响扩散运动方向的因素,实现了对扩散界面运动方向的控制,并建立了调控高分子链扩散速度的方法; 通过设计运动温度梯度场, 实现了对高分子链的热力学驱动力的调控, 探明了运动温度梯度场对多组分聚合物体系相图影响的物理本质。通过项目的组织实施，主要解决了以下的科学问题：1）温度梯度场对多组分聚合物体系相分离动力学影响的微观机制是什么? 2）温度梯度场热传导流的方向和温度梯度对多组分聚合物体系的微相区取向影响的物理本质是什么? 3) 温度梯度场作用下哪些物理参数会影响高分子链扩散的动力学过程?内在的物理规律和本质是什么?