电介质聚丙烯薄膜晶体结构研究

电介质聚丙烯薄膜是干式直流电容器的核心,是新能源发电和柔性直流输电的“心脏”,直接影响电能变换的质量与安全。聚丙烯薄膜的晶体结构对电容器的性能起着决定性的作用。本文对三种聚丙烯(PP)粒料经流延双轴拉伸制备成的电容器用电介质薄膜(BOPP)的晶体结构采用广角X-射线衍射、傅里叶变换红外光谱、差示量热扫描等表征法进行了研究。表征结果发现,三种BOPP电介质薄膜均由α相构成,但其结晶度、熔点以及不同晶面方向上的晶粒尺寸存在较大差别。其中,基于北欧粒料的电介质薄膜熔点最低(169℃),结晶度最高(59.8%),且在[060]方向上的晶粒尺寸最大。红外光谱结果表明,基于北欧粒料的BOPP试样中,序列长度为n=14的31螺旋链段最多。通过对BOPP薄膜熔融重结晶后试样的研究发现,三种粒料的结晶度几乎无差别(~53%),但北欧PP粒料的非等温结晶温度最高(119℃),且在熔融过程出现明显β相熔融峰。中石化PP粒料的非等温结晶温度最低,较北欧PP粒料低3℃。

热活化荧光材料给体分子的研究进展

有机发光二极管(OLED)已从实验室转向大规模生产,它可用于电子产品的屏幕显示,且在自发光、低能耗、快速响应、超薄柔性显示等方面具有独特的优势。依据热活化延迟荧光(TADF)机制的材料可通过反向系统间跳跃过程完全利用单重态激子和三重态激子,使得内量子效率达到100%。介绍了OLED的结构及工作原理,分析了有机荧光材料的发光机理,综述了TADF给体材料的种类、应用及分子设计,并展望了未来发展。

TiO_2分布对HIPS/TiO_2性能的影响

本文利用电子显微镜对HIPS/TiO_2复合材料的组成和形貌进行了研究。结果表明,TiO_2在HIPS/TiO_2中分布的均匀程度与材料的力学性能密切相关。采用适当的分散剂对TiO_2进行包封,减少了TiO_2颗粒间的粒子间力,阻止了TiO_2的聚集,有利于TiO_2在HIPS中的均匀分散。TiO_2的均匀分布消除了材料内部力学性能的弱点,使材料的力学性能大幅度提高。

纳米粒子尺寸效应引起的内层电子结合能位移

用XPS测定了氩离子溅射前后的Pt-PVP纳米粒子和TiO2、ZnO及SiO2纳米粒子的内层电子结合能,并与其对应的体材料进行了比较.结果表明,Ar+溅射前Pt-PVP的Pt4f结合能比体材料Pt的稍低,但Ar+溅射后由于PVP包覆层被除去,裸露的Pt纳米粒子的结合能明显高于Pt体材料.与非纳米氧化物比较,纳米氧化物TiO2、ZnO和SiO2的内层电子结合能也向高结合能方向位移,其位移大小的顺序为TiO2<ZnO<SiO2.用原子外弛豫效应解释了纳米粒子内层电子结合能位移现象.

硅片上超薄氧化硅层厚度测量的XPS标准曲线法

提出一种新的处理方法-XPS标准曲线法来测量硅片上超薄氧化硅层(SiO2/Si)的厚度。该方法利用一系列氧化硅厚度(d)准确已知的SiO2/Si标准样品,分别记录其氧化硅和元素硅的Si(2p)谱线,并得到峰高比(R),然后将厚度(d)对峰高比(R)作图得到标准曲线。在相同的实验条件下,测得未知样品氧化硅和元素硅的Si(2p)谱线并计算其峰高比,通过插入法在标准曲线上得到相应的氧化硅层厚度。SiO2/Si标准样品由设备一流和经验丰富的权威实验室提供,其氧化硅厚度采用多种方法进行测量比对。实验表明:基于氧化硅厚度准确知道的标准样品制作的XPS标准曲线,用于硅片上超薄氧化硅层厚度测量时具有快速、简便和比较准确等优点,有较好的实用价值。

利用光学显微镜研究溶剂诱导的梯形苯基聚倍半硅氧烷结晶(英文)

通过溶剂诱导结晶的方法研究了梯形苯基聚倍半硅氧烷(PPSQ)的球晶结构. 采用光学显微镜研究了溶液的浓度、溶剂的挥发时间以及温度等影响因素对梯形苯基聚倍半硅氧烷的球晶结构形貌的影响. 实验结果表明:稀释溶液浓度与提高结晶温度在改变球晶的形态方面具有相同的效果. 球晶的尺寸会随着溶液浓度的降低或者结晶温度的升高而增加. 这都归因于梯形苯基聚倍半硅氧烷在二甲苯中的溶解度的增加. 在不改变其它结晶条件的情况下,延长溶剂的挥发时间也会形成更大的球晶. 当在光学显微镜下旋转样品时球晶的结构不会发生改变,这表明球晶具有均一的晶体学取向结构. 负性球晶的特征也表明梯形苯基聚倍半硅氧烷的分子链是沿着球晶的切线方向排列. 考虑到梯形苯基聚倍半硅氧烷具有刚性的分子链,还提出了梯形苯基聚倍半硅氧烷可能的球晶结构模型.

超分子构筑调控合成结构规整的梯形聚合物及其应用研究

综述了"超分子构筑调控的逐步偶联/聚合法",该方法将高分子化学与超分子化学相结合,利用多种类型的超分子弱键协同作用首先构筑预期的梯形超分子结构,再经聚合得到共价键梯形高分子.利用该方法合成了一系列结构规整的氧桥基和有机桥基梯形聚硅氧烷以及碳基梯形聚酯,并利用侧基间π-π叠加作用实现了对聚合物立体构型控制.扼要介绍了梯形聚合物在先进材料方面的应用,例如梯形聚硅氧烷液晶光致取向膜;由梯形聚硅氧烷合成的管状聚硅氧烷在高室温储存期微电子环氧塑封料方面的应用;以及基于梯形聚硅氧烷的拟筛板聚合物在二阶非线性光学材料方面的应用等.

纤维材料强度和失效机理及其绳缆发展趋势

回顾了绳缆发展的4个阶段以及材料强度不断提高的过程,介绍了材料的理论极限强度,并以超高相对分子质量聚乙烯纤维为例,通过对其微观组织结构以及在拉力下的变形过程和微观失效机理的分析,讨论了材料实际强度远低于理论极限强度的原因,指出绳缆材料的实际强度只有理论极限强度的大约10%,其原因是材料尺寸增大时微观结构中就会产生缺陷和薄弱环节。最后展望了制绳纤维材料的未来发展趋势。

左旋聚乳酸/聚(ε-己内酯)共混物在取向聚乙烯基底上的附生结晶行为

利用电子显微镜结合电子衍射研究了左旋聚乳酸/聚(ε-己内酯)(PLLA/PCL)共混物在取向聚乙烯(PE)基底上的结晶行为.纯PLLA在取向PE基底上能够附生结晶,主要形成分子链相互垂直的片晶结构.PCL在PE基质上也能发生附生结晶,导致两者分子链平行.PLLA/PCL共混物在取向PE基底上结晶的形态结构依赖于共混组成.在PLLA含量大于95 wt%时,PCL不影响PLLA与PE的附生结晶行为.当PCL含量增加至10 wt%时,PLLA在PE上的附生结晶行为受到了一定程度的影响.当PCL含量超过40 wt%时,PLLA在PE上的附生结晶被抑制,取而代之是PCL在PE取向基质上附生结晶,产生两者分子链平行的取向片晶.另外,在PLLA含量在50 wt%~30 wt%之间时,体系产生明显的微相分离,微相分离并不影响PCL与PE的附生结晶,在PCL的富集区仍然发生平行链附生结晶,而PLLA的富集区结构变得模糊.当PLLA含量少于20 wt%时,微相分离不明显,少量PLLA应该分散在PCL片晶间的非晶区.

前言:化工资源有效利用国家重点实验室专刊 ——过程强化与可控聚合

化工资源有效利用国家重点实验室（北京化工大学）前身为2000年8月成立的可控化学反应科学与技术教育部重点实验室,2006年6月27日由中华人民共和国科学技术部批准筹建国家重点实验室,2009年1月4日正式通过验收.实验室首届学术委员会主任由中国科学院院士周其凤教授担任,首届实验室主任由中国科学院院士段雪教授担任.现任学术委员会主任为周其凤教授,常务副主任为段雪教授,实验室主任为何静教授.

弹性体拉伸取向和应变诱导结晶研究进展

橡胶拉伸取向和应变诱导结晶被公认为是天然橡胶和一些合成橡胶(如氯丁橡胶、丁基橡胶、氢化丁腈橡胶等)高效自增强的关键所在,研究该现象和行为规律对理解橡胶增强机理具有十分重要的意义.本文总结了常用于研究橡胶拉伸取向和应变诱导结晶的表征方法,对其原理、特点和适用范围进行了对比分析;综述了纳米填料(炭黑,二氧化硅,黏土,碳纳米管)增强橡胶的拉伸取向和应变诱导结晶以及热塑性弹性体拉伸取向的研究进展;并展望了该领域的未来发展方向.

熔体拉伸聚乙烯超薄膜的结构表征

用熔体拉伸法制备了高度取向的聚乙烯(PE)超薄膜.透射电子显微镜研究表明,这种熔体拉伸法制备的PE超薄膜包含大量沿着垂直于熔体拉伸方向平行排列的侧放(edge-on)片晶.电子衍射结果表明,PE超薄膜晶区内的分子链在薄膜平面内并沿着拉伸的方向高度取向,而其结晶学a轴和b轴在垂直于分子链轴的平面内无规取向.红外光谱的结果表明,PE超薄膜晶区与非晶区内的分子链都沿着拉伸方向取向.红外结果进一步证明在PE超薄膜晶区中,其结晶学b轴更倾向于平躺在薄膜平面内,PE超薄膜中b轴倾向于薄膜平面内的取向排列是因为b轴是PE晶体的最快生长方向.非晶区中PE分子链形成的局部C—C骨架平面倾向平行于薄膜平面.

长链支化聚丙烯和线性聚丙烯熔体结晶动力学的对比研究

通过光学显微镜(OM)和差示扫描量热仪(DSC)对长链支化聚丙烯(LCBPP)和线性等规聚丙烯(Linear-iPP)的等温及非等温结晶动力学作了详细的研究.OM结果显示:在等温结晶过程中,由于LCBPP中长支链的存在阻碍了链段的扩散,导致其晶体生长速度比Linear-iPP的慢.然而,DSC结果显示:在等温结晶过程中,LCBPP的结晶总速度比Linear-iPP的要快得多.这是因为对于两种PP来说,等温结晶过程都是一个成核控制的过程,LCBPP较快的成核速度导致了它的结晶总速度较快.Avrami分析指出,LCBPP和Linear-iPP具有相近的成核和生长机制.而在非等温结晶过程中,随着降温速度的加快,两种PP的结晶速度均加快,但是在任何一个对应的降温速度,Linear-iPP的结晶速度都要快于LCBPP.这意味着对两种PP来说,非等温结晶过程是一个生长控制的过程,LCBPP较慢的链段扩散速度导致了其较慢的结晶总速度.

AFM原位观察聚氧乙烯单晶在不同基底上的熔融行为

使用原子力显微镜原位观察聚氧乙烯(PEO)单晶在侧立(edge-on)和平躺(flat-on)片晶取向的聚1-丁烯(iPB-1)基底上的熔融行为.研究表明,PEO单晶在不同基底上的熔融行为有明显的差别.PEO熔体在片晶取向为edge-on的iPB-1基底上的浸润性要比在片晶取向为flat-on的iPB-1基底上的浸润性好.通过计算得到不同基底的表观自由能,并通过理论推导得到定量计算未知聚合物表面自由能的方法.

等规聚丙烯β晶型向α晶型的相转变行为研究进展

等规聚丙烯(iPP)是典型的多晶型半结晶性聚合物,其常见晶型有单斜(α),三方(β),三斜(γ)以及四方或双四方(e),其中稳定性最好的α晶型和处于亚稳态的β晶型工业和经济价值较大,因此二者之间的相转变行为得到了人们的广泛关注.本文综述了近年来β→α-iPP生长相转变的研究进展.在高临界温度(141°C)和低临界温度(100°C)区间内,β-iPP生长速率高于α-iPP,而温度高于141°C,或低于100°C,由于α-iPP在动力学上占优势,β-iPP会发生向α-iPP的生长转变.但由于α-iPP是热力学上最稳定的晶型,β-iPP熔融重结晶过程也会发生β→α-iPP相转变.此外,拉伸形变过程中也会发生β→α-iPP相转变,广泛用于制备聚丙烯气体交换膜、过滤膜或锂电池隔膜等.目前对变形过程中的β→α-iPP相转变机理还存在争议,本文也对2种主要的机理进行了介绍,并对聚丙烯晶型转变行为的研究方向进行了展望.

热活性延迟荧光材料的设计合成及其在有机发光二极管上的应用

热活性延迟荧光(TADF)材料具有小的单重态-三重态能级差(?EST),因此三重态激子可以通过反向系间窜越(RISC)转变成单重态激子发光.该类材料能够充分利用电激发下形成的单重态激子和三重态激子,使其器件的内量子效率理论上可以达到100%,媲美磷光材料,远远高于传统荧光材料的25%,成为继有机荧光材料和有机磷光材料之后发展的第3代有机发光材料,近年来受到广泛关注.本文介绍了TADF的机理和材料设计的基本原则,综述了近年来国内外学者在TADF材料的设计合成及其在有机发光二极管(OLED)上应用的研究进展,重点介绍了绿光、蓝光、红光、黄光、白光TADF材料的合成与性能.高效的TADF材料经过缜密设计、精确制备和系统研发,将会陆续进入实际应用并在照明和显示领域发挥重要作用.

聚合物热激活延迟荧光材料的分子设计与器件性能

聚合物热激活延迟荧光(TADF)材料应用于有机发光二极管(OLEDs)中以来,取得了飞速发展,迄今为止已经报道了多种不同分子结构及性能优异的聚合物TADF发光材料.它们具有不含重金属的化学结构、100%的理论内量子效率和易于通过溶液加工进行大面积制造的优势.本文从分子结构和发光颜色2个角度总结了不同结构TADF聚合物的研究进展,重点介绍了我们课题组在长链型TADF聚合物设计与OLEDs器件性能方面的研究工作,探究TADF聚合物颜色调控与效率提升的途径,论述了TADF聚合物存在的问题与未来发展.

片晶折叠表面成核机制与结晶温度的相关性研究

利用自晶种方法,在邻二氯苯稀溶液中培养聚丁二酸丁二醇酯(PBS)晶体,系统研究了结晶温度对其晶体形貌的影响.使用PBS单晶作为研究对象,有效避免小尺寸观察不具有统计意义的缺点.在结晶过程中,通过改变结晶温度和自晶种温度,可有效调控稀溶液中生长的PBS晶体尺寸大小和晶体中缺陷的数量,得到了单层无缺陷的单晶、双层晶体和多层晶体等一系列PBS片晶.基于对不同实验条件下得到片晶的形貌和表面粗糙度的统计结果,提出晶体中可容忍的缺陷数量与结晶温度和晶种温度密切相关这一结论,通过建立热力学模型,定性分析了晶体中缺陷数量和结晶温度的依赖关系,从片晶表面粗糙度统计结果出发,提出高分子片晶折叠表面成核机制,较好地解释了实验中观察到的不同PBS晶体的形貌.

透射电子显微镜在聚合物不同层次结构研究中的应用

聚合物材料的性能与功能取决于各级结构,其中化学结构决定材料的基本功能与性能,而不同层次聚集态结构能够改变材料的性能和赋予材料特殊功能,如高取向超高分子量聚乙烯的模量比相应非取向样品提高3个数量级,聚偏氟乙烯的β和γ结晶结构则能赋予其压电、铁电等特殊功能.因此,明确聚合物不同层次聚集态结构的形成机制、实现各层次结构的精准调控和建立结构-性能关联具有非常重要的意义,致使对聚合物各级结构及其构效关系的研究成为高分子物理学的一个重要领域.本文将着重介绍透射电子显微镜在聚合物不同层次结构研究中的应用,内容包括仪器的工作原理、样品的制备方法、获得高质量实验数据的仪器操作技巧、实验结果的正确分析以及能够提供的相应结构信息.

聚合物限域和预有序熔体的结晶行为及结构调控

高分子物理领域的挑战性难题之一是调控高分子的结晶行为.高分子结构具有多尺度的特点,且易受到各种本征因素以及加工过程中引入的外场与受限作用的影响.高分子的结晶过程复杂多变,为避免最终产品性能的良莠不齐,促进高分子材料的实际生产和应用,需要建立高分子结构与性能的直接关系并实现对高分子结晶结构的精细化调控.本文以几种典型高分子为例,重点阐述了我们课题组在有关薄膜和纳米孔道构筑的限域空间与分子链预有序熔体对高分子结晶行为的影响、相关结晶结构调控机制以及结构-性能关系等方面的研究工作,阐明了聚合物多层次结构调控领域存在的科学问题,并展望了其未来发展方向.