聚合物分子刷聚集态结构形成机理研究取得进展

聚合物材料物理性能不仅依赖于分子链化学结构还取决于高分子链间的堆积方式 --- 即聚集态结构。实现对复杂聚合物体系凝聚态结构的调控是高分子科学与工程领域一直追求的目标。聚合物分子刷(Polymer Brushes)是高分子链一端固定在基底表面形成的一类特殊聚集态体系,其最大特点在于分子链构象及排列方式可通过接枝密度进行控制;进而实现对材料功能性的设计和调控。尽管大量科学家已经针对聚合物分子刷开展了丰富的应用研究工作,对不同链结构聚合物分子刷聚集态结构形成原因及调控机制仍缺乏深入理解。

侧链结晶聚合物(也叫梳型聚合物)是非常重要的一类高分子,因其侧链可组装成不同尺度有序结构,在液晶显示、光电器件、微电子等领域应用广泛。王新平教授领衔的浙江理工大学高分子表/界面实验室针对侧链结晶聚合物分子刷聚集态结构形成机理开展了深入研究。以聚甲基丙烯酸十八烷基酯(PODMA)为模型,精确调控接枝密度,在硅片表面制备了不同密度PODMA分子刷。利用同步辐射掠角X-射线衍射(GI-WAXD)、和频振动光谱(SFG)和原子力显微镜(AFM)阐明了不同接枝密度侧链结晶聚合物分子刷聚集态结构演变规律,揭示了主导侧链结晶聚合物分子刷聚集态结构形成的物理机制,并提出了有限链间距主导的纳米受限效应新概念。研究结果对于聚合物分子刷的结构调控和性能优化具有一定的指导意义。

论文以“A Nanoconfinement Effect Imposed by the Limited End-to-End Distance of the Grafted Chains on a Molecular Aggregation of Polymer Brushes with Crystalline Side Groups”为题发表在最新一期Macromolecules上(DOI: 10.1021/acs.macromol.8b02049)。左彪副教授为论文第一作者,与王新平教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金(Grants 21504081 and 21674100)和浙江省自然科学基金((No. LQ16B040001)的资助。同时,感谢上海同步辐射站提供测试机时。

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