Structure and molecular dynamic of ultra-thin films of molecular miscible polymers
Final Report Abstract
Das Vorhaben zielte auf einen grundlegenden Erkenntnisgewinn zum Verständnis der Struktur-/Eigenschafts-Beziehungen speziell des Glasübergangsverhaltens von ultra-dünnen Schichten aus molekular mischbaren Polymeren. Der Ansatz, polymere Mischungen (Blends) zu betrachten, war zur Antragstellung neuartig, Literaturergebnisse hierzu lagen kaum vor. Der Glasübergang von ultra-dünnen Filmen aus Homopolymeren wird zurzeit in der Literatur kontrovers diskutiert. Er wird sowohl von der Polymer/Substrat-Wechselwirkung als auch durch die Filmdicke wesentlich und teilweise gegenläufig beeinflusst. Deshalb wurde eine konsequente Kopplung von oberflächenanalytischen (AFM, Kontaktwinkelmessungen, XPS) mit volumensensitiven Verfahren (dielektrische Spektroskopie, spezifische Wärmespektroskopie) durchgeführt, um Wechselwirkungs- und Confinementeffekte zu trennen. Der Vergleich der verschiedenen Methoden wird für Proben durchgeführt, die auf identische Art und Weise präpariert wurden. Bei den durchgeführten Experimenten wurden zunächst in einem ersten Projektschritt die korrespondierenden Homopolymere wie Poly(2-vinlypyridine) und Poly(vinyl methylether) (PVME) untersucht. Diese Arbeiten dienten auf der einen Seite der Verbesserung der methodischen Herangehensweise und der Etablierung neuer Methoden, wie der Ellipsometrie, der Einführung von nanostrukturierten Elektrodensystemen in der dielektrischen Spektroskopie und der Etablierung der Solvent Leaching Technik. Auf der anderen Seite wurden aber auch grundlegende neue Erkenntnisse gewonnen, wie zur molekularen Dynamik eines Layers, der am Substrat irreversibel adsorbiert ist. Im zweiten Teil der Projektarbeiten wurde im Detail das Blendsystem PVME/PS (25 wt% / 75 wt%) untersucht und mit korrespondierendem System mit der Zusammensetzung PVME/PS (50 wt% /wt%) verglichen. Die erhalten Ergebnisse werden im Bericht exemplarisch an zwei Beispielen diskutiert.
Publications
- Calorimetric evidence for a mobile surface layer in ultrathin polymeric films: poly(2-vinyl pyridine). Soft Matter 11 (2015) 7942-7952
Madkour, S.; Yin, H.; Füllbrandt, M.; Schönhals, A.
(See online at https://doi.org/10.1039/c5sm01558h) - Decoupling of dynamic and thermal glass transition in thin films of a PVME/PS blend. ACS Macro Letters 6 (2017) 1156-1161
Madkour, S.; Szymoniak, P.; Hertwig, A.; Heidari, M.; von Klitzing, R., Napolitano, S.; Sferrazza, M.; Schönhals, A.
(See online at https://doi.org/10.1021/acsmacrolett.7b00625) - Unexpected behavior of ultra-thin films of blends of polystyrene/poly(vinyl methyl ether) studied by specific heat spectroscopy. Journal Chemical Physics 146 (2017) 203321
Madkour, S., Szymoniak, P.; Schick, C.; Schönhals, A.
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4978505) - Unraveling the dynamics of nanoscopically confined PVME in thin films of a miscible PVME/PS blend. ACS Appl. Mater. Interfaces 9 (2017) 37289–37299
Madkour, S.; Szymoniak, P.; Radnik, J.; Schönhals, A.
(See online at https://doi.org/10.1021/acsami.7b10572) - Unveiling the dynamics of self-assembled layers of thin films of poly(vinyl methyl ether) (PVME) by nanosized relaxation spectroscopy. ACS Appl. Mater. Interfaces 9 (2017) 7535-7546
Madkour, S., Szymoniak, P.; Heidari, M.; von Klitzing, R.; Schönhals, A.
(See online at https://doi.org/10.1021/acsami.6b14404) - Confinement and localization effects revealed for thin films of the miscible blend poly(vinyl methyl ether) / polystyrene with a composition of 25/75 wt%. European Physics Journal E 42 (2019) 101
Szymoniak, P.; Gawek, M.; Madkour, S.; Schönhals, A.
(See online at https://doi.org/10.1140/epje/i2019-11870-3) - Molecular dynamics of the asymmetric blend PVME/PS revisited by broadband dielectric and specific heat spectroscopy. Macromolecules 52 (2019) 1620-1631
Szymoniak, P.; Madkour, S.; Schönhals, A.
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.macromol.8b02697)
