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聚苯乙烯纳米薄膜的制备与表征

作　者: 曹铖
导　师: 黄定海
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 聚苯乙烯 纳米薄膜 旋转涂膜 蒸发沉积 极低浓度 相对分子质量 尺寸
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本实验中配制了不同相对分子质量聚苯乙烯的极低浓度溶液,并在常温下通过旋转涂膜和蒸发沉积两种不同方法对所有溶液体系进行了纳米薄膜的制备,然后对这些薄膜样品进行原子力显微镜的表征和分析。本文着重研究了各种参量(如浓度,相对分子质量等)对薄膜性质的影响及规律,并对制备方法的机理展开深入探讨。最后对极低浓度下形成的薄膜中聚苯乙烯分子的形态进行了模拟。结果表明,薄膜颗粒尺寸体现了随溶液浓度降低而减小的规律,且在极低浓度下薄膜的颗粒分布非常稀疏。经过模拟估算极低浓度下平均每个颗粒分子聚集程度最低,但估算值也远大于单分子颗粒的预期。这是由估算时采用的相关模拟,仪器测量的放大效应及成膜过程中分子聚集等原因共同造成的。旋转涂膜得到的薄膜颗粒展现了很好的均匀性,而蒸发沉积的薄膜颗粒的均匀性就较差,且尺寸均匀性也随相对分子质量增加而逐渐变差,这是由两种制备方法的机理不同造成的。极低浓度下的薄膜颗粒的平均尺寸均随相对分子质量增加而增加,但颗粒的分子聚集程度却体现了与相对分子质量的负相关效应。蒸发沉积的薄膜颗粒平均尺寸较大且对相对分子质量递增趋势更明显。浓度越低薄膜的表面粗糙度越低,极低浓度下不同相对分子质量的薄膜的粗糙度大致相同,蒸发沉积的薄膜粗糙度仅仅略微高于旋转涂膜的薄膜。因此浓度是薄膜表面粗糙度的关键影响因素,在极低浓度下相对分子质量和制备方法不是表面粗糙度的关键影响因素。旋转涂膜的薄膜分子的模拟结果呈水平直径略大的椭球形,且这一趋势且随相对分子质量递增而愈发明显。蒸发沉积的薄膜分子的模拟结果几乎为规则球形,没有呈现旋转涂膜的规律。这同样是由于两种制备方法的机理不同所致。上述问题均在本文中有详细讨论。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-26
  1.1 引言  7
  1.2 纳米技术的发展及现状  7-10
    1.2.1 纳米技术的发展史  7-8
    1.2.2 纳米技术的现状及国内外发展动态  8-10
  1.3 膜技术与纳米薄膜  10-11
  1.4 纳米薄膜的制备方法  11-20
    1.4.1 旋转涂膜法  13-17
    1.4.2 蒸发沉积法  17-20
  1.5 纳米薄膜的表征  20-24
    1.5.1 纳米薄膜的尺寸  20-22
    1.5.2 纳米薄膜的玻璃化转变温度  22-23
    1.5.3 纳米薄膜的反浸润性  23-24
  1.6 本论文研究的目的和意义  24-26
第二章 实验部分  26-36
  2.1 引言  26
  2.2 实验原材料  26-27
  2.3 实验仪器设备  27-32
    2.3.1 旋转涂膜机  27-28
    2.3.2 原子力显微镜  28-32
  2.4 高纯度溶剂的制备  32-34
  2.5 聚苯乙烯溶液的配制  34
  2.6 纳米薄膜的制备  34-35
    2.6.1 旋转涂膜  34-35
    2.6.2 蒸发沉积  35
  2.7 原子力显微镜的表征  35-36
第三章 不同浓度下薄膜的性质  36-45
  3.1 引言  36
  3.2 浓度对纳米薄膜的影响  36-43
    3.2.1 浓度对纳米薄膜尺寸的影响分析  36-41
    3.2.2 浓度对纳米薄膜表面粗糙度的影响分析  41-43
  3.3 原子力显微镜在测试中造成的偏差说明  43
  3.4 本章小结  43-45
第四章 极低浓度下薄膜的特点及两种制备方法的比较  45-57
  4.1 引言  45
  4.2 相对分子质量对纳米薄膜的影响  45-52
    4.2.1 相对分子质量对纳米薄膜尺寸的影响分析  45-50
    4.2.2 相对分子质量对纳米薄膜表面粗糙度的影响分析  50-52
  4.3 两种制备方法对纳米薄膜的影响及相互之间的比较  52-55
    4.3.1 制备方法对纳米薄膜尺寸的影响分析  52-54
    4.3.2 制备方法对纳米薄膜表面粗糙度的影响分析  54-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章 薄膜中聚苯乙烯分子模型的建立  57-61
  5.1 引言  57
  5.2 聚苯乙烯分子模型的建立及模拟结果分析  57-60
    5.2.1 分子模型的建立  57-58
    5.2.2 模拟结果分析  58-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章 全文主要结论  61-63
参考文献  63-67
发表论文和参加科研情况说明  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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