超临界二氧化碳调控的嵌段共聚物相转变

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作为具有多样化有序结构的嵌段共聚物,其结构特征多应用在纳米金属簇、半导体纳米材料、药物载体、纳米尺寸催化剂、微反应器及化学传感器等众多领域,因此嵌段共聚物自组装技术越来越受到重视,并得到长足的发展。利用嵌段共聚物的自组装来调控有序结构主要包括有机溶剂退火、附加外电场和热退火等手段,但都有存在一定的弊端。有机溶剂易残留在聚合物基体内,而利用外场作用得到的有序结构又不稳定,在外场消失后易发生相反转,热退火手段虽然简单,但很难得到长程有序的纳米结构。  因此,如何简单、有效的调控嵌段共聚物相转变行为,制备长程有序的纳米结构材料,依然是当前的研究热点和难点。超临界二氧化碳(scCO2)是近年来比较热门的绿色溶剂,因其无毒,容易生产,对环境友好,不会残留,并对特定的聚合物有较高溶解能力,并且二氧化碳对聚合物具有一定的塑化作用,提高分子链运动能力,降低相转变的“势垒”,促进嵌段共聚物相转变。本课题首先对比研究了有机溶剂与scCO2调控嵌段共聚物相转变行为,重点考察特定化学组成的链段在scCO2环境下的无序-有序相转变,实现有序分相结构的有效构建,阐明相关机理,开发嵌段共聚物分相结构调控绿色新工艺(scCO2)。主要内容包括:有机退火溶剂调控相转变的因素(溶剂选择性、退火时间)分析;利用scCO2塑化作用促进嵌段共聚物无序-有序相转变,在更短时间内形成更有序分相结构。通过原子力扫描电镜(AFM)观察样品表面相形貌,同时采用小角 X射线散射仪分析嵌段共聚物样品内部结构。利用scCO2在嵌段共聚物两相间的溶解度差异,改变两相体积分数(f),进而调控无序-有序相转变,尝试在更大范围内构建多样化的有序分相结构。
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