[发明专利]聚集诱导发光应用于掺杂型聚合物：玻璃化转变温度的检测和相分离形貌可视化

说明书

本发明涉及利用聚集诱导发光分子作为探针，开发的一种新的检测聚合物玻璃化转变温度的方法，以及一种聚合物共混相分离的可视化检测方法。此外，还包括相关的玻璃化转变温度检测的原型机的设计与组装。

技术领域

本发明涉及一种新的应用聚合物材料检测玻璃化转变温度的方法，以及利用聚集诱导发光荧光探针对聚合物共混物在旋涂薄膜中的微相分离形态简单有效、灵敏快速并且高对比度的可视化方法。本发明还设计和开发了用于测量玻璃化转变温度的仪器样机。

背景技术

玻璃化转变是指聚合物材料从刚性的玻璃态转变为柔性橡胶状态的可逆转换过程，这通常伴随着机械性能、粘度、热膨胀系数和比热的显著变化。然而，与熔化或汽化不同，玻璃化转变不是一阶相变。这是一个延伸到一定温度范围内的实验现象。尽管聚合物的链段运动已经被广为介绍，但在这种微妙的转变过程中，聚合物链段运动的真实物理过程仍未完全被聚合物科学家所理解。玻璃化转变的研究对于高分子物理学在分子水平上的基础理解具有重要价值。此外，玻璃化转变温度(表示为T_g)是工业应用中聚合物材料的最关键参数之一，因为它直接影响聚合物的性质和性能。例如，像橡皮擦这样的橡胶需要在其T_g以上使用，因为它们的柔性和韧性对于它们的正常运行至关重要。像瓶子、电视机外壳和防碎窗户这样的塑料需要在T_g以下使用，以保持坚韧和强大的机械性能。

基于玻璃化转变过程中不同物理性质的变化，几种测量聚合物T_g的技术已经建立包括膨胀仪，动态力学分析(DMA)和差示扫描量热仪(DSC)。膨胀测量法测量样品长度或体积随温度变化的变化，这钟方法比较简单，但准确度较差。主要用于工程材料的动态力学分析是通过测试聚合物材料的机械性能来确定玻璃化转变，但它通常需要大量样品(几克)。与上述方法相比，差示扫描量热仪检测过程中所涉及的热流变化是最常用的技术，其中，T_g是由两条基线的高度的一半来确定。不过DSC结果显示出玻璃化转变温度通常存在基线漂移，而不是明显的尖峰。由于技术受限，包括难以准确的热流量测量和基线波动，DSC结果显示的玻璃化转变温度通常不明确。对于一些聚合物，如聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)，玻璃化转变所涉及的热流非常小，因此T_g很难准确测定。

由于具有快速响应、灵敏度高和操作简单的优点，荧光探针被广泛用于各种化学传感，生物成像和过程监测。常规荧光染料主要受聚集引起的猝灭(ACQ)效应的影响，其发光强度随着荧光分子的浓度的增加而下降。ACQ效应导致光稳定性差和光漂白，这对荧光成像无疑是不利的。近几十年来，有一类称为聚集诱导发光分子(AIEgen)的新型发光分子，其在溶液中的发光很弱，但聚集状态下发光很强。

由于AIE的工作原理——分子运动受限机理(RIM)，聚集诱导发光分子对微环境变化比较敏感，是检测聚合物玻璃化转变的理想选择。当AIEgens被掺入聚合物薄膜中时，它们的分子内运动受到限制，因此在T_g之前在刚性聚合物基质中发出强烈的荧光。然而，在高于T_g的温度下，聚合物链的链段运动允许AIEgens更自由地旋转或振动。这些分子内运动在非放射性衰变途径中消耗能量，这导致T_g后荧光强度迅速衰减。因此，荧光衰减率的变化可以明确揭示聚合物玻璃化转变的发生。基于在不同聚合物微环境中的发光差异，AIEgens预计将成为用于有效地观测聚合物相分离形貌的荧光探针。