嵌段共聚物规整纳米多孔薄膜的制备与形貌调控

通过结合嵌段共聚物自组装与非溶剂致相分离法,制备了上表面为高规整纳米直孔薄层,内部为双连续大孔支撑层的非对称薄膜结构,并考察了铸膜液浓度、溶剂挥发时间、凝固浴温度、刮膜厚度等因素对膜形貌的影响,实现对表面结构的有效调控.研究表明铸膜液浓度与挥发时间的影响有协同效应,随着铸膜液浓度的升高,规整表面孔结构所需的挥发时间减小.若铸膜液浓度不变,挥发时间的增大可使膜表面依次完成从非规整孔、规整柱状孔,再到层状孔的转变.凝固浴温度的降低有利于规整表面结构的形成.当刮膜厚度降低时,原有操作条件下的膜表面形貌形成规律将不再适用,为制备更薄的规整纳米多孔薄膜,需降低挥发时间或采用溶剂退火的方法,这一发现扩展了此类新型薄膜材料制备过程的可操作空间.     

界面上蜂窝状多孔薄膜的构建、性质和应用

综述了以Breath Figure(呼吸图案)法制备聚合物及纳米颗粒蜂窝状多孔结构的研究现状.当潮湿的气流吹到聚合物或纳米颗粒的有机溶液表面时,溶剂蒸发导致水微滴在液体表面冷凝重排成六角阵列结构.溶剂和水微滴蒸发完毕后,聚合物或纳米颗粒在基底上形成具有六角阵列的蜂窝状多孔结构.该技术是自组装领域的一大进展,在生物技术、组织工程、微图像技术、高端分离技术、光催化及医药等领域有望获得重要应用.本文系统阐述了规整蜂窝状孔结构材料的构建方法、构建材料、形成机理以及影响因素(包括湿度、浓度、气流方向和速度、溶剂、基底曲率等),评述了蜂窝状多孔薄膜的性质和应用,并对其在化学和材料科学领域的应用前景作了展望.     

利用呼吸图案法制备聚(苯乙烯-b-丙烯腈)有序多孔薄膜

以自制的聚(苯乙烯-b-丙烯腈)(PS-b-PAN)嵌段共聚物为成膜材料, 采用呼吸图案法制备了有序多孔薄膜, 采用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜形貌进行了分析, 研究了聚合物浓度、溶剂种类及共聚物结构对薄膜结构的影响. 结果表明, 薄膜表层为多孔结构, 且孔为圆形、以六方阵列形式排列; 薄膜表层下面是蜂窝状结构.以三氯甲烷(CHCl₃)为溶剂时, 在较高浓度下制备的薄膜表层孔间距较大, 蜂窝结构尺寸较小, 且形成了多层结构. 与CHCl₃为溶剂时相比, 挥发速度较快的二硫化碳(CS₂)作溶剂时制备的多孔薄膜有序性较好, 薄膜表层孔径和孔间距均较大, 蜂窝结构尺寸较小. 以没有PAN链段的聚苯乙烯大分子引发剂(PS-Cl)为成膜材料时, 制备的薄膜表层没有形成多孔结构, 而是形成了窝状结构. 同时, 通过对薄膜表层晕的研究证明了多孔薄膜表层缺陷是由水滴处于液膜下较深的位置造成的.     

溶剂散逸自组装制备高分子有序微透镜阵列

利用水珠为模板制备了聚苯乙烯有序多孔膜.在溶剂挥发的制冷作用下,水珠能够在冷的高分子溶液表面凝结形成有序的阵列,溶剂蒸发完毕后,高分子材料按照水珠排列形貌空隙形成有序多孔膜,一种两性共聚物被加入到溶液中稳定水珠而获得有序的多孔结构. 将聚乙烯醇水溶液填充入多孔膜中,蒸干后用氯仿洗去聚苯乙烯,得到聚乙烯醇的整球微透镜阵列. 聚苯乙烯有序针垫阵列是由有序多孔膜撕掉上层制备的,这种针垫结构内部具有半球结构的空间,并以此为模板制备了聚乙烯醇半球微透镜阵列. 2种微透镜阵列均具有微观显影功能. 通过2种微透镜的显像对比证实,半球微透镜阵列比整球微透镜阵列具有更为清晰的多重显像效果.     

倒相法制备多孔PVDF薄膜的条件探索

本文运用倒相法制备了适用于锂离子二次电池用的PVDF多孔隔膜材料 ,通过改变聚合物与溶剂、非溶剂之间的配比 ;控制温度、溶剂挥发速率、在非溶剂浴中的时间等条件 ,得到了一系列多孔PVDF薄膜 ,研究了涂敷溶液中溶剂与非溶剂的浓度对PVDF多孔膜的结构和性质的影响 ,得出了规律性的结论     

呼吸图法制备聚亚甲基-b-聚甲基丙烯酸甲酯多孔薄膜

首先利用叶立德活性聚合和原子转移活性自由基聚合(ATRP)相结合制备了三个不同链段比的聚亚甲基-b-聚甲基丙烯酸甲酯(PM-b-PMMA)两嵌段聚合物. 接着以它们为原料, 利用静态呼吸图方法在四种不同溶剂中制备了一系列的具有蜂窝状表面的多孔薄膜, 用扫描电子显微镜(SEM)观察了多孔薄膜的形貌. 研究了溶剂、溶液浓度、聚合物链段长度及链段比等因素对多孔薄膜表面孔的大小和分布的影响. 结果表明: 当PM_2k-b-PMMA_2k嵌段聚合物浓度为3 wt%、溶剂为二硫化碳(CS₂)和二氯甲烷(CH₂Cl₂)时, 可以通过静态呼吸图方法制备出孔径为纳米级(520 nm)和微米级(1.1 μm)的较为规整的多孔薄膜. 多孔薄膜表面的孔径随PM-b-PMMA浓度的减小而增大|两嵌段聚合物中两个链段的长度及其链段比的变化对多孔膜表面孔径均产生较大的影响.     

孔径可调的介孔SiO2自支持薄膜的溶剂挥发诱导自组装合成与表征

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂, 正硅酸乙酯为硅源, 在弱酸性条件下利用溶剂挥发诱导自组装(EISA)合成出具有介孔结构的二氧化硅薄膜. 通过控制EISA过程中溶剂挥发的环境, 可在1.4~3.1 nm的范围内调节介孔结构的孔径. 实验表明, 较快的溶剂挥发速率有助于较大孔径的介孔结构生成. 用该方法合成的介孔薄膜具有蠕虫状孔道结构和良好的孔径均一性. 在外观上, 该薄膜具有均匀、透明和无缺陷等特点, 可以自支撑, 并且具有一定的韧性.     

气液界面胶体球刻蚀法制备二维有序多孔薄膜

作为一类重要的二维材料, 二维有序多孔薄膜受到人们的广泛关注. 气液界面胶体球刻蚀法是近些年发展起来的一种以漂浮在液面上的单层胶体晶体为模板来制备二维有序纳米结构的方法, 具有简单、高效、重现性好、适用范围广以及结构参数易调变等优点. 近年来, 我们课题组利用气液界面胶体球刻蚀法实现了包括多种无机物纳米网、纳米碗阵列和纳米网-纳米碗复合阵列在内的一系列自支撑二维有序多孔薄膜的可控制备, 考察了其二维光子晶体性质, 并研究了其在刻蚀掩膜、溶剂检测、生物传感、电阻开关器件、光电化学分解水等方面的应用. 本文在重点介绍我们课题组研究进展的同时, 也简要总结了该领域的整体发展状况并展望了该领域的今后发展方向.     

蝌蚪型POSS接枝含氟丙烯酸酯类杂化聚合物多孔膜的制备研究

以本实验室合成的3种结构的蝌蚪型POSS杂化聚甲基丙烯酸三氟乙酯(POSS-PTFEMA)、POSS杂化聚甲基丙烯酸三氟乙酯嵌段共聚聚甲基丙烯酸甲酯(POSS-PMMA-PTFEMA)及POSS杂化聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚聚甲基丙烯酸三氟乙酯为成膜材质,利用呼吸图案法制备规整结构的蜂窝状聚合物多孔薄膜.利用扫描电镜(SEM)对薄膜表观形貌进行观察,分析了孔形貌的影响因素,并研究了多孔膜的疏水疏油性和耐温性.研究表明,以氯仿为成膜溶剂,3种不同结构的杂化聚合物均可以在较大的浓度范围下(5~30 mg/mL)制备规整的杂化聚合物多孔膜,膜的孔径随聚合物浓度的增大而增大;聚合物POSS-PTFEMA由于化学结构中含有最多的TFEMA结构单元,其规整性最好;相对疏水的硅片也有利于这类疏水的聚合物多孔膜的制备.所形成的多孔膜具有良好的耐温性能和疏水拒油性,其对水接触角介于98°~116°之间,对正十二烷的接触角则介于43°~66°之间.     

溶剂去除速度对于溶剂退火薄膜相形貌的影响

以聚苯乙烯-聚4-乙烯基吡啶(PS-b-P4VP)嵌段共聚物作为研究对象,采用DMF作为退火溶剂,以原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)为表征手段,研究了溶剂退火后期溶胀薄膜中溶剂的去除速度对于薄膜相形貌的影响,发现通过改变溶剂去除速度可以有效的调控薄膜中的形貌.当薄膜厚度为35 nm时,DMF的快速挥发会导致薄膜中形成以PS为分散相的反转柱状相结构,当降低溶剂的挥发速度时,薄膜中形成了以PS为分散相的环状形貌,当进一步减缓挥发速度时,薄膜中将形成台阶状的片层结构;然而当薄膜厚度为55 nm时,溶剂退火后期薄膜中形成的是以P4VP为分散相的正常柱状相结构,在相同溶剂去除速度条件下薄膜相形貌变化较小.