原子力显微镜研究环带球晶的形貌和片晶结构【荐】.pdfVIP

( B 辑) 第33 卷 第 1 期 SCIENCE IN CHINA ( Series B ) 2003 年2 月 原子力显微镜研究环带球晶的形貌和片晶结构* 范泽夫 王霞瑜 姜 勇 罗艳红 徐 军 郭宝华 李 林 ** ( 湘潭大学高分子科学与工程研究所, 湘潭 411105; 中国科学院化学研究所分子科学中心高分子物理与化学国家重点实验室, 北京 100080; 清华大学材料科学与工程研究院化学工程系高分子研究所, 北京 100084; 中国科学院研究生院, 北京 100039) 摘要 利用原子力显微镜(AFM) 的轻敲模式, 研究了聚- 己内酯/ 聚氯乙烯(PCL/ PVC)(质量比90 ︰10)共混体系形成的环带球晶的表面形态和片晶结构. PCL/PVC 环带 球晶的表面由周期性高低起伏的环状结构组成, 其凸凹起伏的周期与球晶在偏光显微 镜下的明暗交替的周期相对应. 这种周期性的凸凹起伏和明暗交替消光的原因是由不 同取向的片晶交替排列造成的, 片晶在凹下环带区域的排列主要是 Flat-on 取向, 而凸 起环带区域的片晶排列主要是 Edge-on 取向. 同时用原子力显微镜原位观察了 PHB- co-HHx 共聚物环带球晶生长时片晶的动态扭转过程, 初步的研究结果发现片晶的扭转 不是均匀连续的, 而是出现在相对较窄的区域. 关键词 原子力显微镜(AFM) 环带球晶 片晶扭转 聚e - 己内酯 聚氯乙烯 球晶是结晶高聚物最常见的结晶形态, 在不存在应力和流动的情况下, 高聚物从浓溶液 中或熔体冷却过程中的结晶, 都倾向于生成球晶. 球晶在偏光显微镜下通常呈现Maltese 黑十 字消光图样. 一些半结晶聚合物在特定条件下结晶, 可以呈现出一种更复杂的消光图案, 即黑 [1~3] 十字消光同时伴有同心消光环带, 有这样复合消光图案的球晶被称为环带球晶 . 对于环带球晶同心消光环的形成原因, 前人已进行了广泛的研究, 并提出了不同的模型. [3] Keller 等 提出了带状片晶(或分子链)沿晶轴方向作周期性扭曲的观点; 与此同时, Keith 和 [4~6] Padden 等 从周期性扭曲模型出发, 阐述了造成环状消光的光学原理, 并指出片晶的扭曲是 [7] 由于片晶在生长过程中, 不规整折叠面的上下表面所积累的不对称应力所导致. 而 Bassett 等 利 用透射电子显微镜观察到 S 形片晶, 认为环带球晶的片晶扭曲是突变的, 并提出导致片晶扭 [8] 曲的主要原因是螺位错. 马德柱等人 提出导致晶片扭曲的驱动力主要是相互作用能密度 (Interaction Energy Density) 的不同. 然而, 对环带球晶形成过程中片晶的扭曲等现象的研究, 由于受研究手段的限制, 而未能实现在分辨片晶尺寸上的实时观测. 这主要是因为分辨率高 的仪器如电子显微镜不能实时 动态的观察环带球晶的生长过程,