[發明專利]利用圖案化電荷標記研究聚合物弛豫現象的方法

在審

• 申請號: 201510767000.9
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN105353172A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 吝子紅;關麗;張建平
• 申請（專利權）人: 中國人民大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種利用圖案化電荷標記研究聚合物弛豫現象的方法，屬于高分子材料科學領域。

背景技術

絕大多數的高分子聚合物都是良好的絕緣體，具有卓越的電絕緣性能。這些聚合物絕緣材料具有較高的電阻率，在外加電場的作用下具有較低的介電損耗、較高的擊穿電場強度和耐高頻性，因而被廣泛用作電氣工業中的介電材料和電絕緣材料，如變壓器、特高壓開關、儲能電容器、電線電纜等電氣絕緣領域，以及介質壁加速器中的微堆層絕緣材料、有機場效應晶體管中的絕緣層等(S.Tiwari,F.Rana,H.Hanafi,A.Hartstein,E.F.Crabbe.Appl.Phys.Lett.,1996,68,1377.；M.C.Daniel,D.Astruc.Chem.Rev.2004,104,293.；A.N.Shipway,E.Katz,I.ChemPhysChem,20001,18.；G.A.Gaddy,J.L.McLain,A.S.Korchev.J.Phys.Chem.B.2004,108,14858.；V.Zaporojtchenko,T.Strunskus,K.Behnke.J.Adhes.Sci.Technol.2000,14,467.；V.Zaporojtchenko,J.Zekonyte,A.Biswas.Surf.Sci.2003,532,300)。高分子聚合物材料具有優良的儲存電荷的能力，其中的靜電現象也被廣泛用于許多重要的科技領域，諸如靜電復印、電紡、靜電噴涂以及駐極體發電機等技術中(H.Zhoua,F.G.Shia,B.Zhaob,J.Yota,Microelectr.J.,2004,35,571.；A.Frenot,S.I.Chronakis.Curr.Opin.ColloidInterfaceSci.2003,8,65.)。高分子聚合物材料在外加電場的作用下，由于分子的極化會引起靜電能的存儲和損耗的性質稱為介電性質。高分子聚合物作為電介質材料時的介電損耗使得其在外場(如電場、熱場、力場等)作用下的耐擊穿強度明顯降低，從而限制了其在很多領域中的應用。對于宏觀高分子材料的研究已經表明，聚合物材料中儲存靜電荷時的電荷聚集現象與聚合物材料的松弛密切相關，電荷在聚合物中的衰減和釋放造成了分子鏈段的運動，從而加劇了高分子的松弛(D.Liufu,X.S.Wang,D.M.Tu,K.C.Kao,J.Appl.Phys.,1998,83,2209.；G.Mazzanti,G.C.Montanari,F.Palmieri,J.Alison,J.Appl.Phys.,2003,94,5997.)。介電弛豫是造成高分子材料發生介電損耗的關鍵原因，介電松弛的加劇會造成聚合物絕緣材料耐擊穿、耐老化性能的降低。由于聚合物材料在電場作用下發生老化、擊穿等失效破壞之前，聚合物的局部松弛已經發生，在微觀尺度下探測聚合物電介質材料的介電弛豫對于研究電荷在介電松弛過程中的動力學行為具有重要的意義。

傳統的對于宏觀高分子材料的研究已經表明，電荷在聚合物中的衰減和釋放與分子鏈的運動緊密相關，通過測量聚合物的熱刺激放電譜(TSD)能夠得到分子鏈弛豫的多種信息。但對宏觀電介質材料研究所得到的數據往往都是統計的結果，是宏觀尺度范圍內的集體平均效應，無法在微尺度下實時觀測聚合物分子鏈段的運動及松弛過程。因此，需要提供一種在微納米尺度下研究聚合物弛豫現象的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用圖案化電荷標記研究聚合物弛豫現象的方法，本發明能夠在微納米尺度下研究聚合物弛豫現象，具體是利用圖案化電荷作為標記，通過檢測溫度和溶劑刺激條件下聚合物薄膜電勢和形貌的變化研究電荷對介電弛豫的影響，因此能夠遠在材料發生破壞之前，研究材料的介電弛豫過程。

本發明所提供的利用圖案化電荷標記研究聚合物弛豫現象的方法，包括如下步驟：

1)利用PDMS印章對聚合物薄膜進行圖案化注電，在所述聚合物薄膜的表面構筑出電荷圖案；

所述PDMS印章為表面具有微納米圖案結構的PDMS模板；

所述PDMS印章的上表面和下表面均鍍有金屬；

2)研究所述聚合物薄膜在溫度刺激或溶劑刺激條件下的弛豫現象。

上述的方法中，步驟1)中，所述圖案化注電通過如下方式進行：

將所述聚合物薄膜與所述PDMS印章印有圖案的表面接觸，以所述PDMS印章和硅基底作為電極，利用外加電源對所述聚合物表面注入電荷，即在所述聚合物薄膜表面上與所述PDMS印章上凸起部位相接觸的部分得到所述電荷圖案；