部分解缠结聚苯乙烯在纳米孔道中的受限流动行为研究吴茗1,尹相斐1,王晓亮1*,周东山1*,高云1,薛奇1,韩江龙21.南京大学化学化工学院,高性能高分子材料教育部重点实验室,配位化学国家重点实验室,南京2100232.江苏华海诚科新材料股份有限公司,连云港222047*通讯作者,E-mail:wangxiaoliang@nju.edu.cn;dzhou@nju.edu.cn收稿日期:2022-12-31;接受日期:2023-03-10;网络版发表日期:2023-03-31国家自然科学基金(编号:22173046,21790345)和国家重点研发计划(编号:2020YFA0711504)资助项目摘要高分子的长链特征使其对纳米到微米尺度的空间受限非常敏感,也是当前微电子电路、微器件传感器等领域材料制造及其工艺研发中的关键之一.本工作从不同缠结程度的窄分布聚苯乙烯出发,以不同孔径的阳极氧化铝模板为二维受限空间,研究了高分子熔体在其中的纳米受限流动行为.我们发现,缠结程度低的聚苯乙烯在受限流动初期显著快于本体,后因缠结恢复逐渐降至与本体相当,缠结恢复时间尺度与宏观流变实验获得的缠结恢复时间处于同一个数量级.我们认为缠结程度降低后流动的加速来源于受限状态时在压力梯度推动下高分子链通过蛇行进入孔道的速率加快;同时受限链段由于非平衡构象增多而重排更加频繁,导致强受限程度下部分解缠结样品的缠结恢复加快.本文希望通过对链缠结在高分子链进入受限空间中作用的探索,为受限态高分子复合材料的加工工艺提供新的理解.关键词二维受限,聚苯乙烯,解缠结,纳米孔,AAO1引言与小分子不同,高分子的长链特征使其对纳米到微米尺度的空间受限非常敏感,诸如流动、扩散、缠结、旋转末端距等物理行为和参数都会极大地偏离本体值[1~6].对纳米到微米尺度上材料加工工艺及其性能的调控是当前微电子电路、微器件、传感器等领域材料研发的关键之一[7~10],其中所涉及的核心科学问题就是高分子流体进入纳微受限空间的行为特征,即受限态下的流变学[11,12].然而,目前对受限态高分子流变学的理解尚不充分,使得微加工领域存在制品结构和性能较难预测和控制,制约了相关产业的发展[13~15].受限空间中高分子链的运动和扩散,直接受到空间维度[13,16,17]、界面相互作用[18~21]、高分子拓扑结构[3,22~24]等因素影响.在有限时间内,高分子链从启动形变,到稳定运动,直至停止运动,不同的过程对链段的分布,以及最终复合物在使用温度下的界面强度,都有极大的影响[25~28].其中,纳米孔道的受限直接和一维材料加工成型相关[29],且成型的材料在能量存储、微器件功能、超疏水界面等领域...
