利用表面起皱测量偶氮苯薄膜光软化的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用表面起皱测量偶氮苯薄膜光软化的方法，利用表面起皱技术，简单方便的测量了偶氮苯薄膜的光软化效应，即光致弹性模量降低。首先在洁净的玻璃基底旋涂偶氮苯聚合物(PAzo)的四氢呋喃溶液。在水浴环境下，将该PAzo薄膜转移到拉伸的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上，形成PDMS/PAzo软硬复合体系。然后在光照作用下将拉伸的PDMS进行回缩。通过控制辐照光强，可以调控PDMS/PAzo双层体系皱纹的形成。通过对皱纹周期和PAzo膜厚的测量，可以计算得到PAzo薄膜的弹性模量。本方法操作简单，重复性好，避免了复杂昂贵仪器的使用以及繁琐复杂的理论模拟，在偶氮苯薄膜光软化的测试中有着广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及偶氮苯薄膜机械性能测试，具体涉及表面起皱测试偶氮苯薄膜光软化，即光致弹性模量降低。
技术介绍
偶氮苯因其独特的光响应性引起人们的广泛关注。其中，光致质量迁移已经发展成为一种制备表面光栅的方法。在干涉偏振光的照射下，偶氮苯基团发生光致顺反异构，进而导致偶氮苯薄膜表面分子发生宏观质量迁移。质量迁移机理的研究已有很多，然而始终没有得到统一的结论。其中光软化理论认为光致顺反异构的进行可以使得偶氮苯薄膜模量降低，流动性增加，进而发生宏观质量迁移。早期研究包括机电光谱学和石英晶体谐振器，光软化现象并不明显，弹性模量只是略微下降。最近纳米探针技术被应用到偶氮苯光软化的测量。利用纳米探针测量材料弹性模量需要建立严格的力学模型，模型的选取往往导致测量结果差异性很大。因此需要一种更加有效的测试手段来研究光软化现象。表面起皱已经被证明是一种准确测试材料弹性模量的手段，弹性模量只需要简单的理论公式即可计算得到。利用表面起皱研究偶氮苯薄膜体系的光致机械性能变化，可以发展成为一种简单高效测试光软化的手段。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种利用表面起皱测量偶氮苯薄膜光软化的方法。本专利技术选用PDMS为基底，与转移得到的PAzo薄膜构成PDMS/PAzo软硬复合体系。利用机械拉伸/回缩的方式控制皱纹的形成，通过改变辐照光强等实验参数，实现了不同条件下光软化效应的准确测量。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种利用表面起皱测量偶氮苯薄膜光软化的方法，包括以下步骤：步骤一、将PDMS预聚体和交联剂按质量比为10：1混合后，充分搅拌形成均匀的预聚物，将此预聚物在真空泵中脱气后倒入培养皿中，80℃加热交联；步骤二、将步骤一交联得到的PDMS弹性体固定到拉伸台上，按照预拉伸率为5％进行拉伸；步骤三、在洁净的玻璃基底上旋涂质量分数2wt％PAzo的四氢呋喃溶液，加热烘干，得到PAzo薄膜；步骤四、在常温水浴环境下，将步骤三在玻璃基底上得到的PAzo薄膜转移到步骤二预拉伸后的PDMS上，形成PDMS/PAzo双层体系，真空条件下进行干燥；步骤五、将步骤四获得的PDMS/PAzo双层体系在光照条件下以6mm/min匀速进行回缩，光照强度通过光源输出电压进行调节，回缩完成后产生皱纹形貌；步骤六、利用原子力显微镜对步骤三得到的PAzo薄膜膜厚进行测量，利用光学显微镜对步骤五形成的皱纹的周期进行测量，代入公式(1)中，计算得到PAzo薄膜的弹性模量，λ0=2πh[(1-νs2)Ef3(1-νf2)Es]1/3---(1)]]>式(1)中：λ0为皱纹周期；h为PAzo薄膜的膜厚；Ef为PAzo薄膜的弹性模量；Es为PDMS的弹性模量，Es＝1.5MPa；νf为PAzo薄膜的泊松比，νf＝0.33；νs为PDMS的泊松比，νs＝0.5。步骤五中，可以通过控制辐照光强来调节皱纹周期，随着辐照光强的增大，皱纹周期逐渐减小。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术方法首先在洁净的玻璃基底旋涂偶氮苯聚合物(PAzo)的四氢呋喃溶液。在水浴环境下，将该PAzo薄膜转移到拉伸的聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上，形成PDMS/PAzo软硬复合体系。然后在光照作用下将预拉伸的PDMS进行回缩。通过控制辐照光强，可以调控PDMS/PAzo双层体系皱纹的形成。通过对皱纹周期和PAzo膜厚的测量，可以准确计算PAzo薄膜的弹性模量。本方法避免了昂贵仪器的使用、复杂的理论模型、和苛刻的实验参数等缺点，其成本低、操作简单，重复性好，实现了偶氮苯薄膜光致模量变化的准确测量。采用本专利技术的方法对刺激响应性材料机械性能的测量有着广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1中PAzo膜厚为205nm，辐照光强为10mW/cm2时得到的皱纹形貌的光学显微镜图片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。本专利技术提出的一种利用表面起皱测量偶氮苯薄膜光软化的方法，包括以下步骤：(1)将PDMS预聚体和交联剂按质量比为10：1混合后，充分搅拌形成均匀的预聚物，将此预聚物在真空泵中脱气后倒入培养皿中，80℃加热交联。(2)将步骤(1)交联得到的PDMS弹性体固定到拉伸台上，按照预拉伸率为5％进行拉伸；(3)在洁净的玻璃基底上旋涂质量分数2wt％PAzo的四氢呋喃溶液，加热烘干，得到PAzo薄膜；(4)在常温水浴环境下，将步骤(3)中玻璃基底上的PAzo薄膜转移到步骤(2)中预拉伸的PDMS上，形成PDMS/PAzo双层体系，真空条件下进行干燥；(5)将步骤(4)获得的PDMS/PAzo双层体系在光照条件下以6mm/min匀速进行回缩，光照强度通过光源输出电压进行调节，回缩完成后产生皱纹形貌，随着辐照光强的增大，皱纹周期逐渐减小。图1为本专利技术实施例1中PAzo膜厚为205nm，辐照光强为10mW/cm2时得到的皱纹形貌的光学显微镜图片。(6)利用原子力显微镜对步骤(3)PAzo薄膜膜厚进行测量，利用光学显微镜对步骤(5)皱纹周期进行测量，代入式(1)计算得到PAzo薄膜的弹性模量。λ0=2πh[(1-νs2)Ef3(1-νf2)Es]1/3,---(1)]]>其中，λ0为皱纹周期；h为PAzo薄膜膜厚；Ef为PAzo弹性模量；Es为PDMS弹性模量，本专利技术中Es＝1.5MPa；νf为PAzo泊松比，本专利技术中νf＝0.33；νs为PDMS泊松比，本专利技术中νs＝0.5。通过对皱纹周期和PAzo膜厚的测量，可以准确计算PAzo薄膜的弹性模量。本方法操作简单，重复性好，实现了偶氮苯薄膜光致模量变化的准确测量。尽管上面结合图对本专利技术进行了描述，但本专利技术并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不脱离本专利技术宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本专利技术的保护之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用表面起皱测量偶氮苯薄膜光软化的方法，包括以下步骤：步骤一、将PDMS预聚体和交联剂按质量比为10：1混合后，充分搅拌形成均匀的预聚物，将此预聚物在真空泵中脱气后倒入培养皿中，80℃加热交联；步骤二、将步骤一交联得到的PDMS弹性体固定到拉伸台上，按照预拉伸率为5％进行拉伸；步骤三、在洁净的玻璃基底上旋涂质量分数2wt％PAzo的四氢呋喃溶液，加热烘干，得到PAzo薄膜；步骤四、在常温水浴环境下，将步骤三在玻璃基底上得到的PAzo薄膜转移到步骤二预拉伸后的PDMS上，形成PDMS/PAzo双层体系，真空条件下进行干燥；步骤五、将步骤四获得的PDMS/PAzo双层体系在光照条件下以6mm/min匀速进行回缩，光照强度通过光源输出电压进行调节，回缩完成后产生皱纹形貌；步骤六、利用原子力显微镜对步骤三得到的PAzo薄膜膜厚进行测量，利用光学显微镜对步骤五形成的皱纹的周期进行测量，代入式(1)中，计算得到PAzo薄膜的弹性模量，λ0=2πh[(1-νs2)Ef3(1-νf2)Es]1/3---(1)]]>式(1)中：λ0为皱纹周期；h为PAzo薄膜的膜厚；Ef为PAzo薄膜的弹性模量；Es为PDMS的弹性模量，Es＝1.5MPa；νf为PAzo薄膜的泊松比，νf＝0.33；νs为PDMS的泊松比，νs＝0.5。...

【技术特征摘要】
1.一种利用表面起皱测量偶氮苯薄膜光软化的方法，包括以下步骤：
步骤一、将PDMS预聚体和交联剂按质量比为10：1混合后，充分搅拌形成均匀的预
聚物，将此预聚物在真空泵中脱气后倒入培养皿中，80℃加热交联；
步骤二、将步骤一交联得到的PDMS弹性体固定到拉伸台上，按照预拉伸率为5％进行
拉伸；
步骤三、在洁净的玻璃基底上旋涂质量分数2wt％PAzo的四氢呋喃溶液，加热烘干，
得到PAzo薄膜；
步骤四、在常温水浴环境下，将步骤三在玻璃基底上得到的PAzo薄膜转移到步骤二预
拉伸后的PDMS上，形成PDMS/PAzo双层体系，真空条件下进行干燥；
步骤五、将步骤四获得的PDMS/PAzo双层体系在光照条件下以6mm/min匀速进行回
缩，光照强度通过光源输出电压进...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁从华，姬海鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12