双层聚合物薄膜的有序褶皱行为

双层聚合物薄膜的有序褶皱行为

论文摘要

本论文主要研究了双层聚合物薄膜聚苯乙烯(polystyrene(PS))和聚乙烯吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone)(PVP))在水蒸汽环境下,由带沟道的软模板聚二甲基硅氧烷(PDMS)诱导薄膜表面形成高有序而又可调性的褶皱行为。当PVP遇到水蒸汽时,该聚合物薄膜立即失去它的固有机械弹性,继而转变成粘流态,这种形态的突然转变导致了杨氏模量的急剧变化,使得薄膜内部积聚起大量的应变力,最终导致表面形成褶皱形变。通过控制PDMS的形状,有效的控制了应力的产生方向,即水汽在PVP薄膜层的扩散方向,从而得到有序的形貌:1.长方形的模板得到垂直于沟道方向的褶皱;2.等腰直角三角形的模板得到与沟道方向倾斜45°的褶皱。另外,通过分别改变基层和上层的薄膜厚度,我们可以得到远小于(小一个数量级)模板沟道的褶皱形貌。并且,褶皱周期尺寸的改变是随两者膜厚乘积的指数倍递增,即λ~(hPShPVP)1/2。

论文目录

  • 内容提要
  • SUMMARY
  • 第一章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 研究现状
  • 1.2.1 制作方法和理论
  • 1.2.2 膨胀法
  • 1.2.2.1 热诱导法
  • 1.2.2.2 溶剂诱导法
  • 1.2.3 外力法
  • 1.3 应用价值
  • 1.4 本论文的选题思想
  • 第二章 模板诱导水汽环境下的聚合物双层膜的表面有序褶皱
  • 2.1 实验部分
  • 2.1.1 实验材料及试剂
  • 2.1.2 样品制备
  • 2.1.2.1 双层聚合物薄膜的制备
  • 2.1.2.2 模板的加工
  • 2.1.2.2.1 刚性模板的加工
  • 2.1.2.2.2 软模板的加工
  • 2.1.2.3 利用软模板的图案化过程
  • 2.1.3 表征
  • 2.1.3.1 聚合物薄膜厚度的表征--谱学椭偏仪
  • 2.1.3.1.1 工作原理
  • 2.1.3.1.2 结构与类型
  • 2.1.3.1.3 在聚合物方面的应用
  • 2.1.3.1.3.1 膜厚
  • 2.1.3.1.3.2 热膨胀和玻璃化转化温度
  • 2.1.3.1.3.3 溶剂膨胀
  • 2.1.3.1.3.4 表面粗糙程度
  • 2.1.3.1.3.5 表界面分子吸收
  • 2.1.3.1.3.6 其他应用
  • 2.1.3.1.4 椭偏仪研究聚合物存在的问题
  • 2.1.3.2 聚合物表面形貌的表征
  • 2.1.3.2.1 光学显微镜(OM)
  • 2.1.3.2.2 原子力显微镜(AFM)
  • 2.1.3.2.2.1 接触模式(Contact Mode)
  • 2.1.3.2.2.2 敲击模式(Tapping Mode)
  • 2.2 结果与讨论
  • 2.2.1 聚合物双层膜的褶皱形成过程
  • 2.2.2 褶皱形成机理
  • 2.2.3 模板形状对褶皱方向的影响
  • 2.2.4 薄膜厚度对褶皱形貌尺寸的影响
  • 2.2.4.1 下层薄膜(PVP)厚度的影响
  • 2.2.4.2 上层薄膜(PS)厚度的影响
  • 2.2.4.3 两层薄膜厚度与形貌尺寸的关系
  • 2.2.5 其他聚合物材料的应用
  • 第三章 结论
  • 参考文献
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 附录:
  • 作者简介
  • 发表文章
  • 鸣谢
  • 致谢
  • 相关论文文献

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