模板表面对间规聚苯乙烯在纳米模板中结晶取向的影响-长春应用化学.PDFVIP

第２９卷 第１２期 应 用 化 学 Ｖｏｌ．２９Ｉｓｓ．１２ ２０１２年１２月 　　　　　　　ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ　　　　　　　 Ｄｅｃ．２０１２ 模板表面对间规聚苯乙烯在纳米模板中结晶取向的影响 李　萌　吴　慧　黄　燕　苏朝晖 （中国科学院长春应用化学研究所，高分子物理与化学国家重点实验室　长春 １３００２２） 摘　要　以偏振显微红外光谱方法研究间规聚苯乙烯（ｓＰＳ）在阳极氧化铝（ＡＡＯ）模板孔洞内的结晶取向行 为。以正己基三甲氧基硅烷修饰ＡＡＯ模板孔洞表面，使其烷基化，探索表面性质对不同尺寸孔洞内ｓＰＳ结晶 取向的影响。结果表明，ｓＰＳ在２５５℃温度下结晶，而且随孔洞尺寸的减小，纳米孔洞内ｓＰＳ分子链的垂直取 向程度均降低，并且相同孔径尺寸下在表面烷基化的孔洞内ｓＰＳ晶区分子链的垂直取向程度更低。这些现象 可归因于分子链与孔壁间相互作用的不同导致孔壁表面对晶核取向的诱导。 关键词　纳米孔洞，表面性质，结晶，取向 中图分类号：Ｏ６３１．１　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００００５１８（２０１２）１２１４０６０６ ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０９５．２０１２．２０４４９ 近年来，纳米结构（如纳米棒、纳米管和纳米线等）由于在微电子、机械、光学和生物医药等领域的 应用前景引起了人们的兴趣。在这些纳米结构中分子的排列方式决定其力学性能、电传输性能、热传导 ［１５］ 性能以及光学性能等 ，而对于半晶性聚合物而言，晶区的结构对其物理性质有重要影响，因此研究聚 ［６７］ 合物分子在纳米结构中结晶的取向行为尤为重要 。纳米圆柱已经成为研究聚合物受限结晶的经典 ［８１１］ 例子 ，其中多孔阳极氧化铝（ＡＡＯ）模板拥有刚性、尺寸单分散、具有良好热稳定性的柱状孔洞，孔洞 内聚合物分子链的两端均可自由运动，是研究聚合物在受限环境下结晶取向行为的理想模板，并被广泛 ［１２］ 使用 。 研究表明，高分子链在受限空间内的结晶取向与其成核方式、成核能力和结晶过程密切相 关［９，１３１５］。在异相成核主导的晶体生长过程中，只有生长方向和ＡＡＯ模板管壁平行的晶体才能长大结 晶，而生长方向与ＡＡＯ模板管壁垂直的其生长过程很快被抑制，导致大部分晶体中分子链和ＡＡＯ模板 垂直取向。例如，在ＡＡＯ模板中聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）结晶时，与其相连的本体膜中的球晶在膜与孔洞界 面处呈放射状生长，只有其最快增长方向与孔洞方向一致的片晶才能顺利进入纳米棒并继续长大，因此 产生高度取向的晶体［８，１３］。而在较大过冷度下，由于均相成核，纳米孔洞中与本体内同时产生大量无规 ［９］ 取向的晶体，高分子链并没有明显的取向 。近期计算机模拟高分子链在二维受限空间下的取向结果 表明，高温下，当高分子与受限管壁间存在较为中性的排斥相互作用时，高分子链的取向倾向于平行排 ［１６］ 列 。 在我们前期的研究中发现，除了结晶温度外，ＡＡＯ模板的孔径与管壁表面能对高分子的结晶成核 方式、成核能力和结晶过程有重大影响［９，１７１８］，但这些因素如何影响高分子链在孔洞内的取向行为尚不 清楚。因此，本文用烷基修饰ＡＡＯ模板表面，并用显微ＦＴＩＲ的偏振模式研究间规聚苯乙烯（ｓＰＳ）在孔 洞内结晶后分子链的取向，探索了表面性质及ＡＡＯ模板的孔径对受限结晶的ｓＰＳ分子链取向行为的影 响。 １　实验部分 １．１　仪器和试剂 Ｍｏｄｅｌ２００型液滴形状分析仪（美国ＲａｍèＨａｒｔ公司）；ＥＳＣＡＬＡＢ２５０型Ｘ射线光电子能谱仪（英国 ２０１２１００７收稿，２０１２１０１５修回 国家自然科学基金资助项目 通讯联系人：苏朝晖，研究员；Ｔｅｌ：０４３１Ｆａｘ：０４３１Ｅｍａｉｌ：ｚｈｓｕ＠ｃｉａｃ．ｊｌ．ｃｎ；研究方向：高分子表面与界面，高 分子谱学 　第１２期 李萌等：模板表面对间规聚苯乙烯在纳米模板中结晶取向的影响