浙江理工大學Macromolecules：通過界面非共價相互作用來提高聚苯乙烯的熱穩定性

【引言】

固體基底上吸附的高分子膜在多種前言領域具有廣泛的應用前景和價值，比如有機太陽能電池，生物傳感器，半導體芯片等。研究表明高分子鏈的局部構象和松弛對高分子膜的動力學行為具有重要的影響，盡管這種影響還沒有得到完全的理解。眾所周知，除了范德華相互作用以外，苯環之間的π?π相互作用也是影響分子組裝和材料動力學行為的一個重要因素。然而，多數的研究都聚焦在功能基團之間的化學相互作用，對界面上高分子材料中的π?π相互作用研究甚少。

【成果簡介】

近日，浙江理工大學王新平教授課題組與日本九州大學Keiji Tanaka教授合作，利用一種先進的界面表征技術和頻生成（SFG）振動光譜來考察基底上聚苯乙烯材料中的π?π相互作用，并闡述了π?π相互作用對于吸附在基底表面上聚苯乙烯分子鏈的局部構象和松弛的影響。因此，該研究揭示了界面非共價相互作用在調控界面分子結構和動力學行為方方面的作用。該成果以題為"Enhanced Thermal Stability of Polystyrene by Interfacial Noncovalent Interactions"發表在高分子領域著名期刊Macromolecules上。

【圖文導讀】

圖1苯基三甲氧基硅烷(PTS)修飾基底的表征

(a) 具有不同苯基含量的PTS修飾基底的XPS譜圖；

(b) 具有不同苯基含量的PTS修飾基底的SFG譜圖。

圖2 吸附在PTS修飾基底上聚苯乙烯(PS)鏈的局部構象

(a) 聚苯乙烯吸附層的厚度與基底表面上苯基含量的關系圖；

(b) PTS修飾基底上單分散聚苯乙烯(hPS)吸附層的SFG譜圖。

圖3 氘代聚苯乙烯吸附層的表征及鏈構象示意圖

(a) 未修飾和修飾PTS基底上吸附氘代聚苯乙烯的SFG譜圖；

(b) 基底表面上吸附聚苯乙烯的練構象示意圖；

(c) 未修飾和修飾PTS基底上吸附氘代聚苯乙烯SFG譜圖中C-D基團區域的放大圖。

圖4 PTS-0和PTS-4基底上聚苯乙烯吸附層的表面形貌

(a) PTS-0基底上1.9納米厚度吸附層的AFM圖像；

(b) PTS-4基底上3.5納米厚度吸附層的AFM圖像；

(c) PTS-4基底上2.2納米厚度吸附層的AFM圖像。

圖5 PTS-0和PTS-4基底上氘代聚苯乙烯吸附層的SFG ssp譜圖

(a) PTS-0和PTS-4基底上氘代聚苯乙烯吸附層在有無433K熱處理48小時條件下的SFG ssp譜圖；

(b) PTS-0和PTS-4基底上氘代聚苯乙烯吸附層在有無433K熱處理48小時條件下的的SFG ssp譜圖。

圖6 PTS修飾基底上聚苯乙烯薄膜的熱膨脹行為

該圖顯示具有不同苯基含量的PTS修飾基底上聚苯乙烯薄膜在12納米厚度條件下歸一化厚度對溫度依賴性，結果表明由于熱膨脹行為導致隨著溫度升高薄膜的厚度也隨之增大。

【小結】

本文利用和頻生成振動光譜表征了在覆蓋有苯基的二氧化硅基底上吸附的聚苯乙烯分子鏈的局部構象，并首次證實基底表面和高分子功能基團之間存在非共價相互作用。研究結果π?π相互作用能夠降低聚苯乙烯分子鏈的自由能，從而實現了聚苯乙烯分子鏈在基底表面的進一步穩定。該研究結果將能夠促進理解基底界面上高分子鏈的聚集結構和動力學行為。

文獻鏈接：Enhanced Thermal Stability of Polystyrene by Interfacial Noncovalent Interactions?(Macromolecules 2018, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b01012)

本文由材料人高分子和生物學術組Gaxy供稿，材料牛審核整理。

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