[發明專利]一種高分子超薄膜相轉變溫度的測定方法

有效

• 申請號: 201410274669.X
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104020185A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 盧曉林;李柏霖
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N25/04
• 分類號: G01N25/04;G01N25/12
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種高分子超薄膜相轉變溫度的非線性光學的測定方法，屬于材料測試與表征領域。

技術背景

高分子超薄膜已廣泛應用于工業領域，如用于光電器件、選擇性滲透膜、防護涂層以及光刻蝕等；高分子薄膜的相轉變溫度直接決定了器件上薄膜使用的穩定性與時效性。因此，尺寸受限的高分子超薄膜的相轉變溫度引起國內外科學家的廣泛關注與討論。從20世紀90年代初開始直到現在，高分子超薄膜的相轉變已經成為了一個研究的熱點，各種表征手段也逐步發展起來，其中包括橢圓偏振儀法、布里淵光散射法、中子反射法、熒光光譜法、近邊X-射線吸收精細結構譜法、X-射線反射法、掃描粘彈力顯微鏡法、原子力顯微鏡法、量熱法以及側向力顯微鏡法等。

基于表面等離子體共振效應開發的檢測方法有表面等離子體共振技術、表面增強拉曼光譜、表面增強紅外光譜和表面增強熒光光譜等方法。表面等離子體共振技術是基于基底上吸附的分子對一束光激發的等離子體信號的擾動來實現檢測吸附分子的數量。表面增強拉曼光譜、表面增強紅外光譜和表面增強熒光光譜是基于被檢測分子內部的振動能級或電子能級的躍遷與基底表面等離子體產生共振耦合效應來實現檢測信號的增強。以上檢測技術都使用一束光來誘發表面等離子體信號。

本發明的優勢在于利用二階非線性光學效應產生表面等離子體信號，即由脈沖式的一束可見光和一束紅外光在鍍上一層高分子超薄膜的基底上產生表面等離子體信號，并且在溫度變化的情況下探測信號強度隨溫度的變化，當溫度變化引起高分子超薄膜的相轉變時，高分子薄膜的相轉變將引起等離子體信號強度的突然轉變，測定轉變點對應于的溫度即可測定高分子超薄膜的相轉變溫度。

發明內容

本專利公開了一種高分子超薄膜相轉變溫度的測定方法。該方法通過兩束脈沖的入射光在鍍上一層高分子薄膜的基底表面誘發二階非線性光學效應，并產生二階效應下的表面等離子體信號，當溫度變化時高分子超薄膜的相轉變將對等離子體信號產生可測量的擾動，通過測定等離子體信號強度可以測定高分子超薄膜的相轉變溫度，該發明方法簡單，準確度高，適用高分子范圍廣。

本發明的技術方案如下：

?一種高分子超薄膜相轉變溫度的測定方法，其特征在于，

步驟一，兩束脈沖的入射光照射在鍍有高分子超薄膜的基底表面，誘發二階非線性光學效應，并產生二階效應下的表面等離子體信號；

步驟二，逐步升高所述基底的溫度，采集基底表面的等離子體信號強度；

步驟三，將溫度與所述等離子體信號強度進行線性擬合，所得曲線的轉折點確定為該超薄膜的相轉變溫度。

所述的產生表面等離子體非線性光學響應的基底，包括金屬基底和金屬氧化物基底等。

所述的高分子超薄膜對于入射光及等離子體信號是透明的，且適用于各種分子量及分子量分布的高分子，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚乙烯醇等。

所述的兩束脈沖的入射光分別為可見光和紅外光；所述的可見光波長為532納米，所述的紅外光波長為3226納米到3333納米。

鍍在基底上的高分子超薄膜，采用旋轉涂覆、溶液澆注干燥或層層自組裝和吸附將高分子超薄膜鍍于基底上。所述高分子超薄膜的厚度為幾個納米到幾百個納米，所述的相轉變溫度包括玻璃化轉變溫度、次級松弛溫度和熔融溫度。

本發明的有益效果如下：本發明彌補了現有的量熱法無法測定納米級別高分子超薄膜相轉變溫度的空缺。本發明利用了非線性光學效應，測量過程中不損壞高分子超薄膜的結構，是一種新型的高靈敏度無損檢測技術，另外本方法測量簡單，準確度高，重現性好，可以實現原位測量，具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1?測定高分子超薄膜相轉變溫度的實驗方法流程圖。

圖2?鍍20納米厚聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的基底在脈沖可見光和紅外光下產生的二階表面等離子體信號。脈沖可見光波長為532納米，脈沖紅外光頻率設置為從3000?波數到3100波數（對應于波長為3226納米到3333納米），一次測量產生20個數據點。測量溫度為292?K。

圖3鍍有四個不同厚度聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的金基底樣品的等離子體信號隨樣品溫度的變化曲線圖。圖中圓圈為實驗數據點，直線為分段擬合的結果，轉折點即為對應的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的相轉變溫度。