激光诱导铁电聚合物薄膜聚集态结构及图案构筑

Polymer thin films have become one of important research aspects in polymer materials and polymer processing, due to their increasing applications in electronic information field. The existence of the substrate and spatial nanoconfinement result in distinct difference of the macromolecular chains motion in polymer thin films from that of bulk. The mechanism of the molecular chain motion and aggregation structure of the polymer thin films during patterned process are still unclear. In this project, laser irradiation is employed to irradiated poly (vinylidene fluoride) and its trifluoroethylene copolymer/poly (3-hexylthiophene) [P(VDF-TrFE)/P3HT] bilayer film. The temperature field with controllable size and distribution formed on bilayer film during laser irradiation further induces local flow of the polymer melt, result in the fabrication of certain patterns on film surface. The effect of laser pulse number, laser fluence, repetition frequency and film thickness on microstructure (molecular chain orientation, crystal morphology and structure, etc.) and the properties of the bilayer will be investigated systematically. By establishing the relationship between film temperature and laser parameters, the evolution of aggregation and pattern structure under temperature conditions can be finally revealed. This research not only strengthens the understanding the effect of temperature on multilevel structure during polymer thin film processing, but also provides new approaches for controlling the pattern and aggregation structure of polymer functional film.

高分子薄膜在电子信息领域的日益广泛应用使之成为高分子材料和高分子加工领域的热点之一。基板作用和空间受限导致高分子薄膜中大分子链的运动与本体中存在明显不同。薄膜图案化加工过程中分子链运动与聚集态结构的形成演变机制尚不清楚。本项目拟采用激光照射聚(偏氟乙烯)及其三氟乙烯的共聚物/聚3-己基噻吩[P(VDF-TrFE)/P3HT]双层膜，在薄膜表面局部形成大小及分布可控的温度场，使高分子薄膜产生局部流动，最终在薄膜表面构筑定制图案。研究激光脉冲数、激光通量、重复频率、薄膜厚度等条件对微观结构（分子链取向、晶体形态结构等）和性能的影响，初步建立薄膜温度场与激光参数的关系模型，揭示温度场作用下聚集态结构与图案结构的演变规律。本项目不仅可以加深对高分子薄膜加工中外场作用的认识，也可对高分子功能薄膜的聚集态结构及图案调控提供新思路。

有机电子中功能高分子的集成由于其高化学可维持性、低温处理、重量轻和耐久性等特点，在有机光伏和电子器件中的潜在应用引起了人们的极大兴趣。如今的设备趋向于小型化对二元功能聚合物带来了挑战。一般来说，聚合物的宏观性质与其结构，即从纳米级到毫米级的分层结构，密切相关。因此，理解上述结构和物理现象有助于控制纳米尺度下聚合物的性能，并开发新的潜在应用。在本项目中，我们试图实现制备功能高分子表面图案化，并考察高分子薄膜的表面图案化后其性能的改变。主要利用激光技术制备了功能聚合物表面纳米结构，具体是在半导体聚合物表面以及更复杂的半导体/铁电聚合物双层薄膜表面形成激光诱导周期表面结构(LIPSS)，从而解决了利用激光技术构筑弱吸收性聚合物(铁电聚合物)纳米结构的困难。利用掠入射X射线散射技术讨论了聚合物薄膜的内部晶体结构。这项工作的主要意义是调控在聚合物薄膜上形成LIPSS的参数及其在复杂功能聚合物结构上的应用，以及考察由于半导体聚合物的存在对铁电聚合物纳米结构中的铁电性的影响。此外，经激光诱导后的铁电聚合物纳米结构在实验室条件下仍保留了铁电层偶极子信息，具有较高的写入速度，符合非挥发性有机存储器开发应用的要求。