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
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:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨菊萍、张翠云、刘美娇、徐健荃、洪永明、任炜钊、王风亮、白露、李志莹
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中文摘要
正确理解纳米尺度下聚合物分子运动是纳米材料科学与技术发展的基础。尽管在20多年的时间里对受限聚合物体系分子运动进行了大量的研究,但存在许多无法统一的实验现象。如SiO2支撑的PS薄膜其Tg与扩散系数均随厚度的下降而下降;聚合物薄膜Tg偏离本体是否与分子量有关取决于化学结构等等。本项目是申请者在高分子表面与界面、受限体系分子运动的长期研究积累基础上提出,认为可能原因是自由表面、聚合物/基底界面层分子运动在受限聚合物体系中占主导的地位,决定了其整体的分子运动。而表面与界面具有特殊的物理化学性质,有着本体不同的分子运动规律。本项目将利用分子标记、表面敏感SFG等技术手段研究聚合物自由表面、界面不同尺度的分子运动及其与聚合物结构的关系。研究不同结构聚合物自由表面效应、基底效应的传递深度。关联聚合物自由表面、界面的分子运动与受限体系整体分子运动尺寸依赖性的关系。揭示纳米受限聚合物分子运动的本质。
英文摘要
With the development of nanomaterial and nanotechnology, dynamics of nanoconfined polymer continue to be the subject of significantly theoretical and practical interests in recent two decades. Although the dynamics of polymer chain in nanoscale have been extensively investigated, there are lots of confused even inconsistent experimental results. For example, a long-standing question concerns the inconsistent thickness dependences demonstrated by the Tg and coefficient of self-diffusion or diffusivity D of polystyrene films supported by silica (PS/SiOx). Based on our previous researches, we here propose that the chain dynamics near free surface or polymer/substrate interface is an important breakthrough to understand polymer properties in nanoconfinement, due to the specific physicochemical properties and chain dynamics at free surface or polymer/substrate interface. When the scale of polymer materials decrease to tens of nanometer, the volume fraction of free surface or interface increase dramatically, and the properties of polymer nanomaterial will be dominated by free surface and interface. In this project, fluorinated tracer-labeled technology and surface/interface sensitive Sum Frequency Generation (SFG) will be utilized to investigate different length scales polymer dynamics at free surface/interface and their relationships to polymer structure. The utmost distance of polymer dynamics perturbation caused by free surface and interface at different structure polymer systems will be probed. And the relationship between polymer dynamics at free surface/interface and the size-dependent dynamics of polymer film will be also explored. The aim of the study is to elucidate the characteristics and the nature of polymer dynamics in nanoscopic confinement. These studies would be helpful in reconciling the controversies of results reported by various researcher groups, as well provide theoretical basis to design and modulate the physical properties of polymer nanomaterials.
受限聚合物的分子运动是纳米材料科学与技术的理论基础。经过近30年的大量研究仍存在许多无法统一的物理现象。由于表/界面在受限体系占主导地位,以本体高分子物理知识去理解受限体系并不合适。本项目以表/界面特性为突破点主要围绕聚合物表面结构、聚合物/基底界面结构及其不同尺度分子运动行为,研究聚合物表面、聚合物/基底界面分子运动与聚合物超薄膜的分子运动的关系。获得主要结果如下:1) 首次发现了聚合物表面分子链的“伪缠结”现象。发现薄膜表面分子链构象、聚合物拓扑结构对表面分子链运动能力的影响。发现了表面运动能力可以通过共价键传递。2) 发现利用吸附层厚度(h/Rg)来衡量界面效应传递距离具有普适性。揭示了吸附层和上层薄膜之间的重叠区域在界面效应传递中的重要性。3)发现了自由表面效应对界面效应传递深度及其对整链分子运动能力的影响。揭示了界面效应对表面分子运动、表面分子构象及其结晶结构的影响。发现表面分子的运动能力随薄膜厚度和吸附层厚度的变化而变化,提出了描述受限效应的分子运动分布模型具有薄膜厚度与吸附层厚度依赖性。揭示基底效应通过构象变化进行传递的可能性。4) 发展了通过润湿脊研究聚合物薄膜链缠结的方法。发现从弱基底效应到强基底效应,PS薄膜特征松弛时间经历由解缠结控制、解缠结效应与基底效应竞争、基底效应控制的过程。5)发现了石墨烯表面聚苯乙烯苯环侧基取向的浓度依赖性。揭示了基底吸附层结构对薄膜有机场效应晶体管性能、涂层性能的影响机理。这些研究结果为揭示纳米受限聚合物分子运动的本质,调控聚合物超薄膜物理性能的提供技术手段与理论基础。项目在《Nature》等重要学术刊物发表论文22篇。获浙江省自然科学三等奖1项,授权中国发明专利5项。培养博士2名,培养硕士24名。课题组左彪博士2021年获国家自然科学基金优秀青年基金和中国化学会青年化学奖。期间主办2019 嵌段共聚物自组装理论与模拟论坛。
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
Understanding the interface structures of water-based and solvent-based poly(methyl methacrylate) coatings at the molecular level
在分子水平上了解水性和溶剂型聚甲基丙烯酸甲酯涂料的界面结构
DOI:--
发表时间:2021
期刊:Appl. Surf. Sci
影响因子:--
作者:Yang Yuhui;He Jiali;Zhang Yizhi;Hong Yongming;Wang Xinping
通讯作者:Wang Xinping
Enhanced Dynamics of PMMA Brushes Induced by the Chain Ends of a Flexible Polymer Chain
由柔性聚合物链的链端引起的 PMMA 刷的增强动力学
DOI:10.1021/acs.macromol.0c02481
发表时间:2021-01
期刊:Macromolecules
影响因子:5.5
作者:Wang Ziyu;Sun D;an;Wang Xin;Yang Yuhui;Li Yun;Zuo Biao;Huang Jianhua;Wang Xinping
通讯作者:Wang Xinping
DOI:10.1021/acs.langmuir.1c00320
发表时间:2021-04
期刊:Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids
影响因子:--
作者:Cuiyun Zhang;Wei Chen;Yongming Hong;Xinping Wang
通讯作者:Cuiyun Zhang;Wei Chen;Yongming Hong;Xinping Wang
Conformation-Sensitive Surface Dynamics in Thin Poly(ethylene terephthalate) Film
聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的构象敏感表面动力学
DOI:10.1021/acs.macromol.8b02284
发表时间:2019-03
期刊:Macromolecules
影响因子:5.5
作者:Xu Jianquan;Zhang Haosong;Li Jiachen;Zhang Li;Zuo Biao;Ophelia K. C. Tsui;Wang Xinping
通讯作者:Wang Xinping
DOI:10.1021/acs.macromol.0c00575
发表时间:2020-09
期刊:Macromolecules
影响因子:5.5
作者:Xiaoling Wu;Jianquan Xu;Weihan Sun;Yongming Hong;Cuiyun Zhang;Li Zhang;Xinping Wang
通讯作者:Xiaoling Wu;Jianquan Xu;Weihan Sun;Yongming Hong;Cuiyun Zhang;Li Zhang;Xinping Wang
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:
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:
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
- 批准号:21174134
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2011
- 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
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