[发明专利]一种高分子超薄膜相转变温度的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子超薄膜相转变温度的非线性光学的测定方法，属于材料测试与表征领域。

技术背景

高分子超薄膜已广泛应用于工业领域，如用于光电器件、选择性渗透膜、防护涂层以及光刻蚀等；高分子薄膜的相转变温度直接决定了器件上薄膜使用的稳定性与时效性。因此，尺寸受限的高分子超薄膜的相转变温度引起国内外科学家的广泛关注与讨论。从20世纪90年代初开始直到现在，高分子超薄膜的相转变已经成为了一个研究的热点，各种表征手段也逐步发展起来，其中包括椭圆偏振仪法、布里渊光散射法、中子反射法、荧光光谱法、近边X-射线吸收精细结构谱法、X-射线反射法、扫描粘弹力显微镜法、原子力显微镜法、量热法以及侧向力显微镜法等。

基于表面等离子体共振效应开发的检测方法有表面等离子体共振技术、表面增强拉曼光谱、表面增强红外光谱和表面增强荧光光谱等方法。表面等离子体共振技术是基于基底上吸附的分子对一束光激发的等离子体信号的扰动来实现检测吸附分子的数量。表面增强拉曼光谱、表面增强红外光谱和表面增强荧光光谱是基于被检测分子内部的振动能级或电子能级的跃迁与基底表面等离子体产生共振耦合效应来实现检测信号的增强。以上检测技术都使用一束光来诱发表面等离子体信号。

本发明的优势在于利用二阶非线性光学效应产生表面等离子体信号，即由脉冲式的一束可见光和一束红外光在镀上一层高分子超薄膜的基底上产生表面等离子体信号，并且在温度变化的情况下探测信号强度随温度的变化，当温度变化引起高分子超薄膜的相转变时，高分子薄膜的相转变将引起等离子体信号强度的突然转变，测定转变点对应于的温度即可测定高分子超薄膜的相转变温度。

发明内容

本专利公开了一种高分子超薄膜相转变温度的测定方法。该方法通过两束脉冲的入射光在镀上一层高分子薄膜的基底表面诱发二阶非线性光学效应，并产生二阶效应下的表面等离子体信号，当温度变化时高分子超薄膜的相转变将对等离子体信号产生可测量的扰动，通过测定等离子体信号强度可以测定高分子超薄膜的相转变温度，该发明方法简单，准确度高，适用高分子范围广。

本发明的技术方案如下：

 一种高分子超薄膜相转变温度的测定方法，其特征在于，

步骤一，两束脉冲的入射光照射在镀有高分子超薄膜的基底表面，诱发二阶非线性光学效应，并产生二阶效应下的表面等离子体信号；

步骤二，逐步升高所述基底的温度，采集基底表面的等离子体信号强度；

步骤三，将温度与所述等离子体信号强度进行线性拟合，所得曲线的转折点确定为该超薄膜的相转变温度。

所述的产生表面等离子体非线性光学响应的基底，包括金属基底和金属氧化物基底等。

所述的高分子超薄膜对于入射光及等离子体信号是透明的，且适用于各种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。

所述的两束脉冲的入射光分别为可见光和红外光；所述的可见光波长为532纳米，所述的红外光波长为3226纳米到3333纳米。

镀在基底上的高分子超薄膜，采用旋转涂覆、溶液浇注干燥或层层自组装和吸附将高分子超薄膜镀于基底上。所述高分子超薄膜的厚度为几个纳米到几百个纳米，所述的相转变温度包括玻璃化转变温度、次级松弛温度和熔融温度。

本发明的有益效果如下：本发明弥补了现有的量热法无法测定纳米级别高分子超薄膜相转变温度的空缺。本发明利用了非线性光学效应，测量过程中不损坏高分子超薄膜的结构，是一种新型的高灵敏度无损检测技术，另外本方法测量简单，准确度高，重现性好，可以实现原位测量，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1 测定高分子超薄膜相转变温度的实验方法流程图。

图2 镀20纳米厚聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的基底在脉冲可见光和红外光下产生的二阶表面等离子体信号。脉冲可见光波长为532纳米，脉冲红外光频率设置为从3000 波数到3100波数（对应于波长为3226纳米到3333纳米），一次测量产生20个数据点。测量温度为292 K。

图3镀有四个不同厚度聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的金基底样品的等离子体信号随样品温度的变化曲线图。图中圆圈为实验数据点，直线为分段拟合的结果，转折点即为对应的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜的相转变温度。