课题组在聚合物单分子链颗粒玻璃化转变行为的研究中取得进展

聚合物单分子链颗粒作为聚合物凝聚态研究中的最小单位,在近三十年来受到了研究人员的重视。但由于其样品制备及物理性质表征存在着很大的困难,目前对这一领域进行的相关实验研究仍屈指可数。

课题组利用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)在超低引发剂密度的功能化基底表面制备了不同分子量的聚苯乙烯(PS)单链颗粒样品。

1 单链PS颗粒AFM高度图(a)及其颗粒尺寸(b)

通过原位升温AFM定量纳米力学性能成像测量模式(PeakForce QNM),监测升温过程中单链PS颗粒粘附力的变化(其转折点与玻璃化转变温度相关)以研究其玻璃化转变行为及玻璃化转变温度的分子量依赖性。

实验结果表明当分子量高于缠结分子量之后,单链PS颗粒的Tg74 °C,且不依赖其分子量和颗粒尺寸;低于缠结分子量的单链颗粒(8 kg/mol)的Tg68 °C。与相应的本体Tg相比,单链PS颗粒Tg的分子量依赖性较弱,初步推测这是受到体系中端基数目的影响。而在尺度相当的情况下,单链PS颗粒(初始高度为7.8 nmTg74 °C)远高于PS薄膜(厚度为8.5 nmTg45 °C),这可能是由于单链PS颗粒与PS薄膜中分子链构象不同,进而导致单链颗粒的凝聚缠结密度高于薄膜。

该成果以“Glass transition temperature of single-chain polystyrene particles end-grafted to oxidecoated silicon为题于2020211号发表在The Journal of Chemical Physics ( DOI: 10.1063/1.5140627 )。工作主要由2016级硕士研究生李亚威同学完成,通讯作者为王新平教授及香港科技大学Ophelia K. C. Tsui教授。此外,该工作得到国家自然科学基金(Grant Nos. 21873085 and 21674100 )和香港研究资助局( Project Nos. 16302917 and 16303418 )的资助。(二0二0年五月)

论文链接:https://doi.org/10.1063/1.5140627.