由于聚合物纳米复合材料有较高的表面积,因此通过控制聚合物/纳米颗粒的界面,可以调节界面处的链动力学从而改善制备的纳米复合材料的性质。界面效应对超薄聚合物膜和纳米复合材料的物理性质起着至关重要的作用。一般认为,基底和聚合物链之间的各种相互作用会抑制基底附近的聚合物链的松弛。因为在基底聚合物界面附近总是存在着吸附层,吸附层分子的结构与厚度可以影响超薄膜中聚合物链的运动,因此吸附层是深入了解界面效应,阐明界面效应影响本质的关键。
在本文中,我们制备具有不同厚度和不同分子量的聚苯乙烯(PS)吸附层作为基底,研究吸附层对薄膜分子运动的影响。研究发现,随着吸附层的厚度与分子量增加,薄膜中PS的链段运动受到更强烈的抑制。中子反射(NR)揭示了吸附层和上层PS薄膜之间的重叠区域厚度随着吸附层的厚度和分子量的增加而增加,并且重叠区域的厚度与吸附层对抑制PS链段运动的距离呈现很好的线性关系。结果表明,吸附层的影响距离与吸附层和上层薄膜之间形成的重叠区有关。吸附层的分子量增加,吸附层中的loop和tail部分增多使得吸附层中的聚合物链和上层薄膜中的聚合物链之间的渗透性和缠结增强,最终导致更强的基底效应以及对上层薄膜的链段动力学更强的抑制。这些结果为控制薄膜稳定性提供了方法,并且对聚合物纳米复合材料的未来设计具有相当大的潜力。
本工作以《The Role of the Molecular Weight of the Adsorbed Layer at a Substrate in the Suppressed Dynamics of Supported Thin Polystyrene Films》为题发表于Soft Matter上。博士生任炜钊为论文第一作者,徐健荃老师,王新平教授和九州大学Keiji Tanaka教授为通讯作者。感谢感谢中国国家自然科学基金(No. 21873085,22173081,22161160317)和日本JST-Mirai Program (JPMJMI18A2)对本工作的支持。
论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/sm/d2sm00067a
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