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聚合物薄膜表面分子运动能力的深度分布及其影响因素研究
结题报告
批准号:
21174134
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
王新平
依托单位:
学科分类:
B0309.高分子物理与高分子物理化学
结题年份:
2015
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
卢晓林、张丽、章世深、左彪、张蓉平、郑翻番、钱超
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中文摘要
聚合物膜表面分子运动能力是否高于本体?分子运动能力的深度分布如何?基底性质对表面的影响多大?这些都是高分子学科中的基本科学问题。尽管经过近二十年的研究,表面分子运动能力的问题还一直存在争论。自由表面存在于最外几个纳米的厚度。研究表面分子的行为需要一种对表面极其敏感、又不受来自本体干扰的测试技术。本项目利用具有准分子层灵敏度的和频振动光谱(SFG)技术、5?表面灵敏度的接触角测定技术、2.3-9nm表面灵敏度的变角X射线光电子谱(XPS)技术直接研究氟化基团在分子链末端进行标记的聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯薄膜表面9nm厚度内不同深度分子链段松弛温度、速度、表观松弛活化能,及其与聚合物分子结构、分子量、薄膜厚度、基底性质等的关系。探究表面或与基底界面分子运动能力向本体传递的本质与深度。为"聚合物表面分子的运动能力是否高于本体"争论的解决提供新的视角。还有助于理解聚合物玻璃化转变的本质。
英文摘要
聚合物表面分子运动能力是否低于本体?表面分子运动能力如何向本体传播及传播的范围多大?这些都是高分子学科中的基本科学问题。由于自由表面存在于最外几个纳米的厚度,需要一种对表面极其敏感的测试技术降低来自本体的干扰。前者尽管经过将近二十年的研究,还一直存在争论。后者由于研究手段的问题,进展缓慢。本项目发展了一种“氟化端基标记法”研究聚合物表面松弛行为,结合具有不同深度敏感度的表面表征手段(和频振动光谱,接触角测试技术,X-射线光电子能谱)成功实现了表面9nm深度内不同深度聚合物分子链段松弛行为的研究;研究了聚合物结构、分子量、薄膜厚度、基底性质等因素对聚合物表面玻璃化温度、链段运动能力深度分布行为的影响。主要结果如下:(1)首次获得了9nm深度范围内聚合物表面玻璃化温度(Tg)深度分布信息;发现聚合物表面存在一层等运动活性表面层;表面活性层之下,表面Tg随深度增加而逐渐增大;提出三层模型描述聚合物表面玻璃化温度的深度分布行为;(2)发现聚合物表面活性层厚度(hs)及玻璃化温度(Tg)随聚合物分子量增大而增大;表面活性层厚度与分子链回转半径呈0.42倍的关系;(3)聚合物表面分子运动能力受表面分子聚集态结构影响,形成胶束聚集态的表面高分子链具有较低的运动活性;(4)获得了成膜溶液浓度对表面层高分子链分子运动能力及其表面结构形成的影响;(5)研究了界面氢键相互作用对聚合物薄膜松弛行为的影响;(6)阐明了受限于胶束核内部聚合物分子链松弛行为与其链密度和分子量的影响关系;(7)阐明了含氟材料表面结构与其成膜溶液表面性质之间的关系。除此之外,还发展了一种制备氟化基团高度有序排列聚合物表面的新方法,并研究表面含氟基团有序性与其生物性能间的关系。这些研究成果为聚合物表面分子的运动能力是否低于本体争论的解决,及其向本体内部传播的机理研究提供新的技术手段和实验证据;对于聚合物表面凝聚态结构及其动态演变模型的构建具有重要指导意义。同时,也为高端涂层、聚合物纳米材料的结构设计、性能预测、加工条件优化等实际应用提供了理论指导。项目共发表论文17篇,其中SCI收录论文14篇(影响因子大于4.0的12篇);获授权中国发明专利2项,培养毕业博士生一名,硕士生六名;项目执行期间承办第九届全国高聚物分子与结构表征研讨会,参会代表285人。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Surface Structure of Spin-Coated Fluorinated Polymers Films Dominated by Corresponding Film-Formation Solution/Air Interface Structure
旋涂氟化聚合物薄膜的表面结构由相应的成膜溶液/空气界面结构决定
DOI:10.1021/jp308072x
发表时间:2012-11
期刊:Journal of Physical Chemistry C
影响因子:3.7
作者:Yang JuPing;Yuan DaXiang;Ye XiuYun;Wang XinPing
通讯作者:Wang XinPing
DOI:10.1039/c5tb00210a
发表时间:2015-05
期刊:Journal of materials chemistry. B
影响因子:--
作者:Lin Wang;Xiang Chen;Xinyu Cao;Jianquan Xu;B. Zuo;Li Zhang;Xinping Wang;Juping Yang;Yanqing Yao
通讯作者:Lin Wang;Xiang Chen;Xinyu Cao;Jianquan Xu;B. Zuo;Li Zhang;Xinping Wang;Juping Yang;Yanqing Yao
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Soft Matter
影响因子:3.4
作者:何金生;张蓉平;左彪;王新平
通讯作者:王新平
Suppressed surface dynamics of poly(methyl methacrylate) chains in the corona of collapsed dry micelles tethered by a fluorinated block core
由氟化嵌段核束缚的塌陷干胶束冠中聚(甲基丙烯酸甲酯)链的表面动力学受到抑制
DOI:10.1039/c3sm50237f
发表时间:2013-05
期刊:Soft Matter
影响因子:3.4
作者:Fan, H;Zhang, Y. Z.;He, T. T.;王新平
通讯作者:王新平
Probing substrate effects on relaxation dynamics of ultrathin poly(vinyl acetate) films by dynamic wetting of water droplets on their surfaces
通过表面水滴的动态润湿探测基材对超薄聚醋酸乙烯酯薄膜松弛动力学的影响
DOI:10.1039/c3sm52150h
发表时间:2013-11
期刊:Soft Matter
影响因子:3.4
作者:Zheng Fanfan;Zuo Biao;Zhu Yumei;Yang Juping;Wang Xinping
通讯作者:Wang Xinping
超薄聚合物膜多层次聚集态结构及其演变规律的探究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
基底吸附聚合物与自由表面相互耦合影响聚合物薄膜分子运动的基本原理
  • 批准号:
    22161160317
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    100万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
从表/界面的特性探究纳米受限聚合物薄膜分子运动的本质
  • 批准号:
    21873085
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
基底效应对受限聚合物薄膜分子链松弛行为影响的机理研究
  • 批准号:
    21674100
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
聚合物薄膜分子松弛与液滴在其表面润湿行为的关系研究
  • 批准号:
    21374104
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
苯乙烯-异戊二烯(或丁二烯)嵌段共聚物表面最外层结构的形成及其影响因素
  • 批准号:
    20874089
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
分子水平研究氟化丙烯酸酯聚合物表面结构与表面性质
  • 批准号:
    50573069
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
分离环境下渗透气化膜表面重构行为研究
  • 批准号:
    20474058
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    23.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    王新平
  • 依托单位:
国内基金
海外基金