聚合物多層膜
關(guān)注創(chuàng)建者：ACMT協(xié)會 創(chuàng)建時間：2023-07-05
聚合物多層膜的視頻教程
聚合物多層膜的實例教程
使用紅外顯微鏡表征聚合物薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)
■ PerkinElmer, Inc. / Ian Robertson
引言
多層高分子膜在各行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。其中一個主要用途是食品和消耗品的包裝材料。由于包裝膜需要滿足各種需求來保護其內(nèi)部的產(chǎn)品，所以多層膜通常結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。包裝材料必須能夠包裹住內(nèi)部的產(chǎn)品，有足夠的強度和密封能力，其生產(chǎn)必須機械化操作而且成本合理。對于食品包裝材料，還要能夠保護內(nèi)部的食品防止外界的環(huán)境對食品的質(zhì)量和安全造成影響，從而增加儲存時間。多層膜中的每一層膜都有不同阻隔作用以保護外界不同因素可能造成的影響，比如濕度、光、氧氣、微生物和其他化學(xué)物質(zhì)。總而言之，傳統(tǒng)的高分子材料例如PET、PE、PS 和PP 等都可以用作包裝材料。這些包裝材料中有很大一部分最后都被扔至垃圾場或者被回料加工廠回收。這些材料中很多都只能緩慢地生物降解或者不能被生物降解，對環(huán)境污染非常大。因此，使用很多可生物降解聚合物或可分解聚合物來做包裝材料成為了人們的關(guān)注點。生物基材料由部分可再生或全部可再生材料制成，例如纖維素、淀粉或聚乳酸。這些生物基塑料是可生物降解的，但并不是無條件的。在有水、二氧化碳和生物能量的情況下，可分解塑料能夠被微生物完全生物降解。這些環(huán)境友好材料將來的發(fā)展前景更加廣闊。
紅外顯微已經(jīng)成為表征多層聚合物膜結(jié)構(gòu)之最重要的一種技術(shù)了。紅外光譜能夠鑒別材料的結(jié)構(gòu)，而一臺紅外顯微鏡可以對最小10μm 的樣品進行分析，包括可以鑒別多層膜中每層膜的結(jié)構(gòu)。本文介紹了紅外顯微鏡在傳統(tǒng)多層膜和新型可分解材料上的應(yīng)用。
聚合物多層膜的紅外顯微鏡分析
聚合物膜的紅外顯微分析可以使用透射或者ATR 技術(shù)。
展開 使用平均場模型評估NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)過程
溶劑蒸發(fā)和相分離是聚合物膜生產(chǎn)中的重要過程。模擬被用于評估相互作用、初始條件等對膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(xué)(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應(yīng)用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉(zhuǎn)涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)是一種生產(chǎn)細多孔膜的技術(shù)。在近期發(fā)表的幾篇論文中，考慮了流體力學(xué)效應(yīng)[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉(zhuǎn)變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。本文給出了MUFFIN模塊中平均場的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數(shù)取自參考文獻[4][6]。如圖1所示，計算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當動力學(xué)計算開始時，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會發(fā)生相分離。以這些計算結(jié)果為基礎(chǔ)，就能將參考文獻中討論的效應(yīng)考慮在內(nèi)。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時間演變，綠色和藍色區(qū)域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 聚合物具有輕質(zhì)、電絕緣、柔韌性等優(yōu)良性能，能夠滿足柔性電子新技術(shù)發(fā)展的需要。然而，聚合物的低固有熱導(dǎo)率限制了它們在電子領(lǐng)域的應(yīng)用為滿足散熱需求，通常在聚合物中加入填料，以增強聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。
傳統(tǒng)混合方法得到的復(fù)合材料不僅填料在聚合物中的分布無序，當填料含量較低時不能形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，而且增加了聚合物基體與填料之間的界面熱阻。利用功能化填料降低填料/襯底界面處的熱阻是近年來的研究熱點，但該方法的實際應(yīng)用受到填料狀態(tài)和加工方法的影響。因此，尋找一種有效的方法來提高低填料負載下聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。
靜電紡絲技術(shù)不僅操作簡單，而且對纖維的直徑、形態(tài)和性質(zhì)的控制效果好。但是，簡單的單軸靜電紡絲在構(gòu)建特定結(jié)構(gòu)方面存在局限性，并且難以在低分子量或無糾纏的聚合物溶液中形成纖維。然而，目前很少有研究通過不同噴嘴結(jié)構(gòu)的靜電紡絲來構(gòu)建獨特的結(jié)構(gòu)，從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。靜電紡絲技術(shù)因其在構(gòu)建連續(xù)納米纖維方面的獨特優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。
02
成果掠影
近期，桂林理工大學(xué)陸紹榮教授和中科院寧波材料與工程技術(shù)研究所虞錦洪研究員近期在開發(fā)高熱導(dǎo)率的熱管理材料取得新進展。
提出采用單軸靜電紡絲和同軸靜電紡絲的方法，制備了不同微觀形貌的單軸聚乙烯醇/納米金剛石片(U-PVA/ND)和同軸聚乙烯醇/納米金剛石片(C-PVA/ND)復(fù)合纖維薄膜。這兩種方法都不需要復(fù)雜的預(yù)處理程序和引入多余的添加劑。結(jié)果表明，ND含量為60 wt %的U-PVA/ND和C-PVA/ND復(fù)合纖維的導(dǎo)熱系數(shù)分別為71.3和85.3 W/(mK)，分別是純PVA纖維膜的171.2和205.1倍。
展開 Gather教授課題組通過一種簡單的制作方法得到了一種基于聚合物薄膜、無支撐和超薄的有機分布式反饋激光器。這種激光器不到500 nm，超輕（m/A<0.5gm-2），并擁有卓越的機械柔性。該成果以題為"Flexible and Ultra-Lightweight Polymer Membrane Lasers"發(fā)表在Nature Communications上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 薄膜激光器的制造和物理性質(zhì)
(a).圖示激光迭陣浸在水中；
(b).激光迭陣的組成；
(c).圖示浮膜
(d).浮膜圖;
(e).二階DFB激光薄膜的垂直激光發(fā)射；
(f).薄膜激光器圖；
圖2. 薄膜激光器的表征
(a).不同材料激光器的輸入-輸出性質(zhì)；
(b).基于F80.9BT0.1的薄膜激光器的發(fā)射光譜；
(c).光譜線寬vs器件輸入能量密度；
(d).近場和遠場發(fā)射；
圖3. 薄膜激光器紙幣安全上的應(yīng)用
圖4. 薄膜激光器在可穿戴安全標簽上的應(yīng)用
【小結(jié)】
在這個工作中，作者報道了通過一種簡單的制作方法，得到了一種基于聚合物薄膜、無支撐和超薄的有機分布式反饋激光器。這種激光器不到500 nm，超輕（m/A<0.5gm-2），并擁有卓越的機械柔性。
文獻鏈接：Flexible and Ultra-Lightweight Polymer Membrane Lasers(Nat. Commun., 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-03874-w)
展開 STACK是分析多層膜的最佳仿真工具，和求解麥克斯韋方程相比能迅速仿真如抗反射膜、OLED、VCSEL等組件的光學(xué)特性。能精準描述多層膜的波動光學(xué)特性，如干涉以及微腔效應(yīng)，并支持平面波和偶極子光源。STACK支持腳本運算，通過API能和Python或Matlab互操作。
規(guī)格概要
· 支持平面波和偶極子
· 支持大面積多層膜設(shè)計
· 考慮微腔和干涉效應(yīng)
STACK的主要應(yīng)用
· OLED
· VCSEL
· 抗反射膜
．微腔
· 多層薄膜
主要特點
STACK分析求解器
STACK求解器比直接仿真Maxwell方程的速度更快。它適用千薄膜應(yīng)用的快速原型設(shè)計，并且可使用平面波和偶極 子光源照明。求解器考慮干涉和微腔效應(yīng)。
通過腳本進行互操作
通過Lumerical腳本語言、自動化API以及Python和 MATLABAPI實現(xiàn)互操作性。
Ansys光學(xué)軟件產(chǎn)品推薦
ZEMAX
Ansys Zemax是一套綜合性的光學(xué)設(shè)計軟件，它提供先進的、且符合工業(yè)標準的分析、優(yōu)化、公差分析功能，能夠快速準確的完成光學(xué)成像及照明設(shè)計。
SPEOS
Speos是Ansys公司開發(fā)的專業(yè)用于光學(xué)設(shè)計、環(huán)境與視覺模擬系統(tǒng)、成像應(yīng)用的光學(xué)仿真軟件,已經(jīng)廣泛用于航空, 航天, 軍工，汽車，軌道交通、通用照明等領(lǐng)域，也可依據(jù)人眼視覺特征和材料真實光學(xué)屬性進行的場景仿真。
展開 
聚合物多層膜的相關(guān)專題、標簽、搜索
聚合物多層膜的最新內(nèi)容
設(shè)備簡介
設(shè)備名稱：激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
設(shè)備型號：DXR 3xi
在樣品分子結(jié)構(gòu)和空間分布分析時，通常會遇到很多具有一定透明度的樣品如超薄多層聚合物、半導(dǎo)體多層膜、鍍層、多層纖維、生物細胞等，不僅需要實現(xiàn)表層信息的分析，同時需要探測內(nèi)部成分和空間分布信息，而這些樣品大多數(shù)不能或不易切片，需要尋求具有無損探測樣品內(nèi)部信息的分析手段
使用平均場模型評估NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)過程
溶劑蒸發(fā)和相分離是聚合物膜生產(chǎn)中的重要過程。模擬被用于評估相互作用、初始條件等對膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(xué)(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應(yīng)用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉(zhuǎn)涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導(dǎo)相分離)是一種生產(chǎn)細多孔膜的技術(shù)。在近期發(fā)表的幾篇論文中，考慮了流體力學(xué)效應(yīng)
紅外顯微已經(jīng)成為表征多層聚合物膜結(jié)構(gòu)之最重要的一種技術(shù)了。紅外光譜能夠鑒別材料的結(jié)構(gòu)，而一臺紅外顯微鏡可以對最小10μm 的樣品進行分析，包括可以鑒別多層膜中每層膜的結(jié)構(gòu)。本文介紹了紅外顯微鏡在傳統(tǒng)多層膜和新型可分解材料上的應(yīng)用。
聚合物多層膜的紅外顯微鏡分析
聚合物膜的紅外顯微分析可以使用透射或者ATR 技術(shù)。
來源 | ACS Applied Nano Materials
01
背景介紹
隨著電子設(shè)備的逐步升級，電子元器件也發(fā)生了質(zhì)的飛躍。它們體積小型化，功能多樣化，功率越來越大，這必然會導(dǎo)致熱量集中，甚至縮短設(shè)備壽命，造成設(shè)備故障。聚合物具有輕質(zhì)、電絕緣、柔韌性等優(yōu)良性能，能夠滿足柔性電子新技術(shù)發(fā)展的需要。然而，聚合物的低固有熱導(dǎo)率限制了它們在電子領(lǐng)域的應(yīng)用為滿足散熱需求
Ansys Lumerical是業(yè)界領(lǐng)先的光子學(xué)仿真工具，其擁有完整的光子學(xué)仿真解決方案，支持全套光子 學(xué)器件級和系統(tǒng)級仿真。 器件和系統(tǒng)級工具無縫協(xié)作，讓設(shè)計人員能夠?qū)ο嗷プ饔玫墓鈱W(xué)、 電氣和熱效應(yīng)進行建模仿真。
產(chǎn)品之間靈活的互操作性支持將多物理場仿真和光子電路仿真與第三方EDA 工具相結(jié)合的各種工作流程， 以幫助優(yōu)化產(chǎn)品性能、 大限度地降低物理原型制作成本并縮短產(chǎn)品上市時間
具有分子/離子級超快選擇性傳輸通道結(jié)構(gòu)的納米流體膜是實現(xiàn)高效分離、催化、離子整流、生物傳感、以及能量儲存和轉(zhuǎn)換的核心器件。然而，現(xiàn)有報道的納米流體膜通常是由生物水通道蛋白、無機碳納米管、二維納米片以及多孔框架材料等通過復(fù)雜的納米化學(xué)合成方法和制膜過程獲得，成本高
輻照不僅僅對生物是危險的，對材料也同樣如此；隨著時間的推移，持續(xù)的輻照會導(dǎo)致從電子產(chǎn)品到結(jié)構(gòu)材料再到核或空間應(yīng)用中使用的包層等一切材料性能退化和失效。這也是材料科學(xué)家一直在尋找能夠承受惡劣輻照環(huán)境的新材料的原因之一。目前一種被證明可用于制備抗輻照金屬材料的策略是制備金屬多層膜，因為這會產(chǎn)生高密度的界面，而界面可以吸收材料缺陷，導(dǎo)致輻照損傷的恢復(fù)和復(fù)合。此外，這些界面還可以通過設(shè)計提高材料的強度、韌
多孔聚合物薄膜因具有輕質(zhì)、高比表面積、易加工和結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活等優(yōu)越性能，而被廣泛應(yīng)用于多個重要領(lǐng)域。隨著多孔聚合物材料的應(yīng)用場景日益前沿化，如何制備具有復(fù)雜三維孔洞形貌的多孔聚合物材料成為該領(lǐng)域研究者的新挑戰(zhàn)。其中具有有序/無序復(fù)合型非對稱結(jié)構(gòu)特點的多孔聚合物薄膜，由于其在膜分離等領(lǐng)域所獨有的應(yīng)用優(yōu)勢，獲得了越來越多的關(guān)注
淡水資源短缺和水污染嚴重是導(dǎo)致水資源日益成為稀缺資源的主要原因，水資源問題更成為關(guān)系到國家經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展和人民生命健康的重要問題。膜分離技術(shù)因其低能耗、低成本、分離效率高等優(yōu)點，成為獲取水資源的主要技術(shù)。近年，青島科技大學(xué)閆業(yè)海教授及課題組內(nèi)張廣法副教授、高愛林副教授在開發(fā)新型高效分離膜材料方面開展了大量工作，并取得系列進展
高性能分離膜技術(shù)可以去除染料、抗生素、CO2等分子級別污染物，是解決水污染問題和全球變暖等問題的重要手段。然而，分子分離膜滲透性和選擇性之間的“trade-off”現(xiàn)象是分子分離膜技術(shù)規(guī)模化去除分子污染物的障礙。近年來，通過納米填料調(diào)整聚合物選擇層孔結(jié)構(gòu)的方法引起了廣泛關(guān)注
