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纳米结构各向异性聚乙烯的纳米尺度力学各向异性的研究丰
杜滨阳,刘结平,张青岭,张健,杨德才,何天白
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
K.C.Tsui
Ophella
香港科技大学物理系
聚合物分子链显示出明显的性质各向异性。沿着分子链方向上的力学载荷的传递,光、
电、热、声等信号的传递,都优于分子链的垂直方向。因此值得探索各种可能的方法.得到
分子链有方向性的高度有序化的大面积宏观薄膜,利用聚合物分子链的性质各向异性,获得
聚合物功能薄膜材料,乃至聚合物功能薄膜器件。由于聚合物长链分子的丰富的构象变化和
较弱的链间相互作用,周围物理环境和自身化学组成的变化,都能显著影响分子链的有序聚
集,聚合物的这种软有序性,可以用以获得分子链有方向性的高度有序化的大面积宏观薄膜。
本工作通过外场实现聚乙烯分子链的软有序化,分别得到片晶取向和链取向的聚乙烯薄
膜, 其特征是分子链沿单一方向高度有序排列的纳米结构。分子链如此高度有序地聚集,
为研究分子链的性质各向异性提供了难得的样品。运用扫描探针显微技术.在纳米尺度上直
接研究了分子链模量的各向异性。由于分子链不同方向上传递光、电、热、声信号的能力.
与其传递力学载荷的能力相当,因此这种方法也可以用以研究功能分子链中光、电、熟、声
等传递的各向异性。
本工作用熔体拉伸和电场取向两种方法,分别得到了分子链平躺在基扳表面的片晶取向的
聚乙烯薄膜,和分子链垂直于基板表面的伸直链聚乙烯单晶。使用扫描探针显微仪,采用纳米
尺度的压印方法.在得到的聚乙烯分子链高度有序化的样品表面,直接测量了沿着链轴方向和
垂直于链轴方向的聚乙烯分子链的力学模量,在纳米尺度上研究了聚乙烯分子链的力学各向异
性。研究中考虑了负载样品的基板的刚度的影响。虽然将分子链的形变控制在样品厚度的25%
之内,可以避免基板刚度的影响,但由于样品厚度和商品的扫描探针显微仪功能的限制,本工
柞讨论了分子链的形变量与分子链模量的测量值间的关系,用外推法来确定分子链的模量。
本工作虽然不是对单个分子链进行模量的直接测量,但由于实现了聚台物分子链盼软有序
化,得到了分子链高度有序聚集的样品.使得可以用商品的扫描探针显徽仪,在纳米尺度上进
行分子链力学性质的研究,为在分子尺度上开展聚合物力学研究提供了一个可行的方法。
关键词:软有序、纳米力学、聚乙烯
+通讯联系人;何天白,置家自然科学基金资助项目(基金号29874032)
b.18
高密度聚乙烯熔体拉伸片晶取向的透射电镜照片(左)摩擦力显微镜的形貌图(中l和分子像图(右)
电场取向支化聚乙烯伸直链取向的高分辨磨擦力显徽图
纳米压印实验后的电场取向支化聚乙烯伸直链取向样品(左)和熔体拉伸高密度聚己烯片晶
取向样品(右)的表面(左图中箭头为压痕处)
Decal·HE砷-晌ai
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