[发明专利]利用图案化电荷标记研究聚合物弛豫现象的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用图案化电荷标记研究聚合物弛豫现象的方法，属于高分子材料科学领域。

背景技术

绝大多数的高分子聚合物都是良好的绝缘体，具有卓越的电绝缘性能。这些聚合物绝缘材料具有较高的电阻率，在外加电场的作用下具有较低的介电损耗、较高的击穿电场强度和耐高频性，因而被广泛用作电气工业中的介电材料和电绝缘材料，如变压器、特高压开关、储能电容器、电线电缆等电气绝缘领域，以及介质壁加速器中的微堆层绝缘材料、有机场效应晶体管中的绝缘层等(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优良的储存电荷的能力，其中的静电现象也被广泛用于许多重要的科技领域，诸如静电复印、电纺、静电喷涂以及驻极体发电机等技术中(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电场的作用下，由于分子的极化会引起静电能的存储和损耗的性质称为介电性质。高分子聚合物作为电介质材料时的介电损耗使得其在外场(如电场、热场、力场等)作用下的耐击穿强度明显降低，从而限制了其在很多领域中的应用。对于宏观高分子材料的研究已经表明，聚合物材料中储存静电荷时的电荷聚集现象与聚合物材料的松弛密切相关，电荷在聚合物中的衰减和释放造成了分子链段的运动，从而加剧了高分子的松弛(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.)。介电弛豫是造成高分子材料发生介电损耗的关键原因，介电松弛的加剧会造成聚合物绝缘材料耐击穿、耐老化性能的降低。由于聚合物材料在电场作用下发生老化、击穿等失效破坏之前，聚合物的局部松弛已经发生，在微观尺度下探测聚合物电介质材料的介电弛豫对于研究电荷在介电松弛过程中的动力学行为具有重要的意义。

传统的对于宏观高分子材料的研究已经表明，电荷在聚合物中的衰减和释放与分子链的运动紧密相关，通过测量聚合物的热刺激放电谱(TSD)能够得到分子链弛豫的多种信息。但对宏观电介质材料研究所得到的数据往往都是统计的结果，是宏观尺度范围内的集体平均效应，无法在微尺度下实时观测聚合物分子链段的运动及松弛过程。因此，需要提供一种在微纳米尺度下研究聚合物弛豫现象的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用图案化电荷标记研究聚合物弛豫现象的方法，本发明能够在微纳米尺度下研究聚合物弛豫现象，具体是利用图案化电荷作为标记，通过检测温度和溶剂刺激条件下聚合物薄膜电势和形貌的变化研究电荷对介电弛豫的影响，因此能够远在材料发生破坏之前，研究材料的介电弛豫过程。

本发明所提供的利用图案化电荷标记研究聚合物弛豫现象的方法，包括如下步骤：

1)利用PDMS印章对聚合物薄膜进行图案化注电，在所述聚合物薄膜的表面构筑出电荷图案；

所述PDMS印章为表面具有微纳米图案结构的PDMS模板；

所述PDMS印章的上表面和下表面均镀有金属；

2)研究所述聚合物薄膜在温度刺激或溶剂刺激条件下的弛豫现象。

上述的方法中，步骤1)中，所述图案化注电通过如下方式进行：

将所述聚合物薄膜与所述PDMS印章印有图案的表面接触，以所述PDMS印章和硅基底作为电极，利用外加电源对所述聚合物表面注入电荷，即在所述聚合物薄膜表面上与所述PDMS印章上凸起部位相接触的部分得到所述电荷图案；