Abstract
本論文主要探討在高分子鏈在玻態與膠態環境下,分子鏈的運動行為以及因此分子鏈運動所引起的擴散模式並探討因擴散所引起的微觀界面以及表面結構變化. 實驗中將兩互溶性極佳高分子PS與PPO製備成擴散偶形式,並利用二次離子質譜儀(SIMS)量測界面上的濃度分佈曲線. 藉由改變膠態PS的分子量,玻態PPO的分子鏈組型以及擴散偶內界面的形成來探討在玻態/膠態界面上的交互擴散行為. 此外實驗中將兩不互溶的高分子PPO與PMMA製備成一混合薄膜,輔以原子力顯微鏡(AFM)以及化學分析電子儀(XPS),反向觀察在玻態/膠態環境下,分子鏈如何從彼此混合的情況下發生相分離的機制以及對薄膜表面形貌的變化. 研究中發現當兩高分子鏈分別處於玻態與膠態環境下,由於運動度的差異,分子鏈運動行為與傳統在探討分子鏈在單一橡膠態下之運動完全不同的行為模式. 兩互溶性高分子擴散偶所形成的玻態與膠態界面上,界面上的濃度分佈曲線呈現陡峭的分佈,且隨加熱時間增加,界面會往玻態區域移動. 整體擴散行為類似於玻態高分子被一溶劑所逐一溶解,玻態的PPO如同被膠態的PS層層剝解. 藉由微觀分析界面結構發現在玻態/膠態界面上的擴散行為同時具有Case I 與Case II兩種擴散行為模式. 藉由改變膠態高分子量可以發現,界面移動速度根據交纏分子量可以分為兩個區域,同時計算交互擴散係數證實擴散運動符合”slow theory”之預測,亦即擴散行為由具有低運動性的玻態高分子所主導. 玻態高分子層的旋塗速度以及內界面的效應證實當玻態高分子鏈被壓縮在狹窄的範圍時,可以有效的縮短膠態高分子鏈塑化玻態高分子的的時間也同時會增加整體的擴散速度. 整體擴散速度可由玻態高分子的被塑化的速度以及兩高分子間的交換速率所決定. 整體行為符合”fast-slow theory”的推測. 此外,在反向觀察兩不互溶高分子由於溶劑效應所形成的高分子混合薄膜的分子鏈運動上,由於分子鏈運動度的不對稱性,使得傳統大範圍的相分離運動無法發生. 然而由於降低表面以及界面自由能的驅動下,可以觀察到局部微觀的相分離發生. 為了降低表面自由能,推測膠態的PMMA會析出包含的PPO到表面上,同時為了降低系統自由能,表面上的PMMA會以橢圓形狀存在而在薄膜內部的PMMA會傾向以圓球形存在於PPO環境中以降低兩高分子的接觸面積. 整體研究證實,高分子鏈的運動行為會受到其所處在的環境所影響,在玻態/膠態的環境下,整體擴散行為不同於以往傳統上對Case I與Case II的認知. 亦即Case II 模式可適用於大分子間的擴散行為.