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利用单分子光学探针测量幂律分布的聚合物动力学
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O631.1[理学—高分子化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]山西大学激光光谱研究所,量子光学与光量子器件国家重点实验室,太原030006, [2]山西大学极端光学协同创新中心,太原030006
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB921603); 国家自然科学基金(批准号:61527824,11434007,11374196,11404200,11504216,U1510133); 教育部长江学者和创新团队发展计划(批准号:IRT13076); 中国博士后科学基金(批准号:2014M550151); 山西省留学回国人员科技活动择优项目资助的课题
中文摘要:

研究聚合物薄膜纳米尺度的动力学特性对于高性能材料的制备具有重要的意义.本文利用尼罗红单分子作为光学探针吸附在聚丙烯酸甲酯(PMA)聚合物链上,研究该聚合物薄膜的动力学特性.通过单分子散焦宽场荧光成像显微镜技术测量了单分子随PMA聚合物链转动弛豫的三维再取向特性,当环境温度高于PMA的玻璃点温度19 K时,发现处于PMA聚合物薄膜中的单分子光学探针的转动态和非转动态的持续时间概率密度服从指数截止的幂律分布.研究结果表明该温度下PMA聚合物薄膜的纳米环境动力学仍存在空间和时间异构性.

英文摘要:

The optical signals of single molecules provide information about structures and dynamic behaviors of their nanoscale environments, and eliminations of space and time averaging effect. These are particularly useful whenever complex structures or dynamic behaviors are present, especially in polymers. The single molecules absorbed onto polymer chains rotate with rotational relaxation of polymer chains. Thus, we can measure the dynamic properties of polymer thin films by measuring the rotational properties of single molecules. Here, we use single Nile Red(NR) dye molecules as nanoprobes to measure polymer dynamic behaviors of poly(methyl acrylate)(PMA) polymer film. The polymer films are prepared on cleaned glass coverslips by spin-coating 1.0 wt.% solution of PMA containing ~10^-9mol/L NR molecules in toluene. Defocused wide-field fluorescence microscopy is used to measure the three-dimensional molecular rotational diffusion of single NR molecules in PMA polymer thin film. The local environmental change driven by heterogeneous dynamics of the polymer can be probed by parallel imaging of several molecules. It is found that at Tg+19 K, rotations of NR single molecules in different nano-areas are in two different ways, i.e., rotational way(rotational molecules account for ~83%) and non-rotaional way(non-rotational molecules occupy ~17%). The rotational molecules include the single molecules of intermittent rotation with a short time and a long time. The different rotational patterns indicate that there is still a spatial and temporal heterogeneity of dynamics in PMA polymer film at a temperature of Tg+19 K. The autocorrelation function C(t) of angular change of dipole orientation of NR single molecules is calculated to reveal the property of polymer dynamics. The decay of C(t) can be fitted by Kohlrausch-Williams-Watt stretched exponential function. The averaged timescale of rotational diffusion τc for 183 rotational NR single molecules indicates that the timescale of polymer dyn

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876