【研究背景】
聚合物材料藉助於其多尺度的結構而具有重量輕、易加工和比強度高等優點，使其能夠更容易的滿足某些特定應用的要求。因此，對聚合物的多尺度結構進行精確地控制是改變聚合物的性質和功能的有效方式。在眾多調控不同規模的聚合物結構的技術中，半結晶聚合物的外延結晶是一種簡單有效的方法來製備具有改進性能的特殊結構，甚至可以為聚合物材料引入新的功能。因為它可以控制半結晶聚合物的多尺度結構，包括多晶型聚合物的晶體結構、分子鏈或鏈段的取向以及平面主鏈分子鏈的空間排列。
【研究成果】
近日，北京化工大學的閆壽科教授（通訊作者）課題組發現了iPPS在iPS基底上的II型結晶明顯受結晶動力學的控制，而聚合物鏈的取向與一維晶格匹配相關。這些結果為更好地理解聚合物外延結晶提供了基礎。本文以題目為「Epitaxial Recrystallization of IPBu in Form II on an Oriented IPS Film Initially Induced by Oriented Form IIPBu」發表在著名期刊Macromolecules上。
【本文亮點】
iPS在I型iPBu晶體上的外延與二維晶格匹配，使得兩種聚合物是平行鏈排列。
iPPS在iPS基底上的II型結晶明顯受結晶動力學的控制，而鏈取向與一維晶格匹配相關。
【圖文解析】
AFM全稱Atomic Force Microscope，即原子力顯微鏡，是一種具有原子級高分辨的新型儀器，可以在大氣和液體環境下對各種材料和樣品進行納米區域的物理性質包括形貌進行探測。由顯微探針受力的大小就可以直接換算出樣品表面的高度，從而獲得樣品表面形貌的信息。
如圖一所示，作者首先通過AFM觀察熔融拉伸的iPBu膜的形態。可以看到熔融拉伸的iPBu薄膜由平行排列的原纖維晶體組成，表明了它具有高取向性。在薄膜製備期間，原纖維沿著拉伸方向取向。BF電子顯微照片顯示類似的平行排列的原纖維結構，相應的電子衍射圖與BF圖像具有完全相同的取向，證實了iPBu分子鏈沿著拉伸方向的高取向。圖1d的結果表明，iPBu在I型下結晶拉伸。此外，幾個（hk0）衍射的出現表明熔體拉伸的iPBu薄膜僅呈現纖維取向，其中c軸沿著拉伸方向排列。
圖一、AFM觀察熔融拉伸的iPBu膜的形態
圖二、iPS的AFM表徵
在熔融拉伸的iPBu薄膜上，iPS於130℃下等溫冷卻10 h的AFM高度圖（a）和相位圖（b）。圖中的白色箭頭表示製備過程中iPBu薄膜的拉伸方向。
圖三、相襯BF電子顯微照片和相應的選區電子衍射圖
在熔融拉伸的iPBu薄膜上，iPS於130℃下等溫冷卻10 h的相襯BF電子顯微照片（a）和相應的選區電子衍射圖（b，c）。
FTIR是表徵半結晶聚合物的一種通用且重要的工具，其不僅對結構構象和分子環境敏感，而且還有利於在用偏振光測量時定量分析分子鏈的取向。因此，FTIR也被用於表徵iPS在取向的iPBu基底上的外延結晶。如圖四所示，分別用平行（0°）和垂直（90°）於iPBu膜的拉伸方向的電子矢量測量15101425、935910和572558 cm1區域中，iPS/iPBu雙層薄膜在130°C下冷結晶10 h的譜圖。iPBu基底和iPS過度生長層的定向結構導致它們的紅外吸收具有明顯的各向異性。
圖四、iPS/iPBu雙層薄膜的偏振FTIR光譜
圖五、角度測量的偏振FTIR光譜的擬合
隨iPBu的電子矢量和拉伸方向之間角度（θ）的變化（a）iPS在565 cm-1的譜帶強度和（b）iPBu在924 cm-1的譜帶強度。
【研究小結】
綜上所述，作者通過FTIR、AFM和TEM研究了iPS在取向iPBu基底上的外延結晶。利用熔融拉伸iPBu超薄膜作為基底，通過從其無定形玻璃態冷結晶實現iPS在有序I型iPBu膜上的外延結晶。外延結晶與二維晶格匹配導致兩種聚合物的平行鏈排列。通過偏振IR定量分析iPS和iPBu的取向狀態，表明所用的iPBu熔融拉伸薄膜顯示出高達0.96的取向功能。總之，聚合物的外延結晶不僅僅由聚合物之間現有的幾何匹配決定，其中動力學因子在確定過度生長聚合物的結構中也起著非常重要的作用。
本文題目：Epitaxial Recrystallization of IPBu in Form II on an Oriented IPS Film Initially Induced by Oriented Form I IPBu.
Macromolecules, 2019, DOI: 10.1021/acs.macromol.9b00627
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