聚苯乙烯-b-聚左旋乳酸嵌段共聚物(PS-b-PLLA)薄膜的形貌调控

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嵌段共聚物是由两个或多个不同化学性质的链段由化学键连接形成的高分子。由于嵌段共聚物能微相分离形成不同形貌的纳米结构,可应用在能源、光电、生物和催化等领域。因此,如何理解嵌段共聚物薄膜结构形成机制、以及调整结构和形貌制备新的纳米结构是嵌段共聚物实现功能化应用的重要途径,也是嵌段共聚物材料的重要研究方向,具有重大的战略性意义。在本论文中,选择聚苯乙烯-b-聚左旋乳酸嵌段共聚物(PS-b-PLLA)为研究对象,利用原子力显微镜(AFM)、同步辐射二维掠入射广角X-射线散射(2D GIWAXS)和X-射线光电子光谱分析法(XPS)等技术研究了溶剂、浓度和添加物对PS-b-PLLA薄膜形貌的结晶、微相分离与去润湿的影响,制备了不同表面形貌的PS-b-PLLA薄膜,摸索了利用混合溶剂和均聚物调控PLLA-b-PS薄膜形貌的方法。研究结果表明,PS-b-PLLA薄膜的结晶、微相分离和去润湿依赖于溶剂种类、混合溶剂的组成和配比。当使用PS嵌段的选择溶剂(如甲苯、氯苯)或PLLA嵌段的选择性溶剂时(如丙酮)时,PLLA结晶过程主导薄膜表面结构的形成,且在对PLLA溶解度非常差的溶剂被使用时能得到纤维状结晶,且纤维状结晶形貌可通过使用混合溶剂方法进行调控。然而,当使用PS和PLLA的良溶剂时(如三氯甲烷和四氢呋喃),去润湿和微相分离主导薄膜表面结构的形成,形成双连续的去润湿的纳米结构,其去润湿纳米孔结构可以通过甲苯/四氢呋喃(THF)混合溶剂的THF含量进行调控。此外,PS-b-PLLA的结晶形貌和去润湿形貌可以通过添加PS或PLLA均聚物进行进一步调控。本论文的研究结果为具有纳米结构的嵌段共聚物薄膜材料制备提供新的思路。
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