缠结高分子多层薄膜结构形成动力学过程的研究

Multilayer functional polymer films have been extensively applied, such as solar cell, sensor, and the surface coating of biological materials and so on. The stability of thin polymer films is a key factor determining its technological applications. Compared to single layer polymer film, the instability mechanism of multilayer polymer film and its kinetic process of structure formation are still unclear. In this proposal, we will investigate the influence of polymer chain entanglement on the instability mechanism and the kinetic process of structure formation of thin polymer bilayer film by use of in-situ experimental methods and numerical analysis. Firstly, the mechanism of slippage effect of polymer entanglement chains on the liquid substrates will be disclosed. Secondly, the pathway of the energy dissipation in the moving process of the three-phase contact line on the liquid substrates will be clarified. In addition, we will get an insight into the influence of the viscoelastic property of the entangled polymer on the coupling relation of different interfacial instability modes. Finally, the physical essence of different surface morphologies and structures formation via the above research will be revealed. We hope it can provide a theoretical basis and scientific guidance for precisely controlling the film morphologies and structures.

高分子多层功能薄膜被广泛地应用在太阳能电池、传感器及生物材料表面涂层等不同的领域。高分子薄膜的稳定性是影响其技术应用的重要因素。目前人们对高分子多层薄膜不稳定机理和结构形成动力学过程的认识，远不及对高分子单层薄膜体系的理解。在本项目中，我们旨在利用原位跟踪实验手段和数值理论分析，以缠结高分子双层薄膜为体系来集中探讨低维高分子链缠结效应对高分子多层薄膜不稳定机理和结构形成动力学过程的影响。首先，明晰在液体基底上高分子缠结效应引起的链滑移效应的产生机理。其次，阐明在液体基底上链滑移效应对三相接触线移动过程中能量耗散方式的影响。此外，洞察缠结高分子的粘弹性对不同界面不稳定模式之间耦合关系的影响。最终，揭示高分子多层薄膜不同表面形貌形成的物理本质，并为薄膜结构的精确调控提供理论依据和科学指导。

近年来，有关高分子多层薄膜体系的研究因为其在药物包裹，高分子太阳能电池及表面吸附等领域的应用而受到广泛地关注。高分子链间的缠结效应对高分子薄膜结构演变过程有着重要的影响。在本项目中，我们通过实验与模拟方法相结合系统地研究了缠结高分子的粘弹性对高分子复杂流体双层薄膜体系的不同界面不稳定模式竞争与动力学过程的影响，并揭示了高分子缠结效应引起的链滑动效应对不同界面不稳定模式竞争与动力学过程的影响规律；从而建立高分子复杂流体双层薄膜最后的表面界面形貌与薄膜膜厚比、高分子粘度比之间的关系。此外，我们探讨了高分子链拓扑结构对高分子薄膜吸附与动力学过程的影响以及揭示了高分子混合薄膜的去润湿行为。

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