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J. Phys. II France
Volume 4, Numéro 12, December 1994
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Page(s) | 2231 - 2248 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/jp2:1994258 |
J. Phys. II France 4 (1994) 2231-2248
Surface segregation in model symmetric polyolefin diblock copolymer melts
Mohan Sikka1, Navjot Singh1, Frank S. Bates1, Alamgir Karim2, Sushil Satija2 and Charles F. Majkrzak21 Department of Chemical Engineering and Materials Science, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota 55455, U.S.A.
2 National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, U.S.A.
(Received 5 March 1994, received in final form 5 July 1991, accepted 29 July 1994)
Abstract
Surface segregation in thin films of model symmetric polyolefin diblock copolymers exhibiting a
lamellar morphology has been investigated. Films were spin coated on a variety of substrates and
the resulting microstructure analyzed using neutron reflection, X-ray reflection, ellipsometry, light
microscopy and secondary ion mass spectrometry. Each of the block copolymers is sufficiently close to
the order-disorder transition (ODT) so that the composition profile within the lamellar domains can be
represented by a nearly sinusoidal function. In all cases, the same block was found to enrich both the
polymer/solid and the polymer/air interfaces, even when the surface energy of the solid substrate was
higher than that of either block of the copolymer. These results cannot be reconciled with preferential
enrichment based solely on the difference in the dispersive surface tension between blocks. In all
instances, we find that the conformationally smaller block is the surface-active one. We propose that
an entropic driving force, attributable to conformational asymmetry, plays an important role in the
near-surface behavior of block copolymer melts.
Résumé
Nous avons étudié le comportement de ségrégation en surface de couches minces de polyoléfines
(copolymères modèles à blocs) contenant une phase lamellaire. Les films sont préparés par "spin coating"
sur différents substrats, la microstructure est analysée par réflexion de neutrons, réflexion de rayon
X, ellipsométrie, microscopie optique et spectroscopie de masse d'ions secondaires. Chacun des
copolymères à blocs est suffisamment proche de la transition ordre-désordre (TOD) pour que le profil
de composition dans la phase lamellaire puisse être approximé par une fonction sinusoïdale.
L'interface avec l'air ou le solide est toujours enrichie par le même bloc, même lorsque l'énergie de
surface du substrat est plus élevée que celles des deux blocs du copolymère. Nous ne sommes pas capables
de relier ce résultat avec l'enrichissement préférentiel basé seulement sur la différence de tension de
surface dispersive entre les différents blocs. Toutefois, nous remarquons que dans tous les cas, le
bloc ayant la plus petite conformation est isolé en surface. Ceci suggère qu'un facteur entropique,
attribué à l'asymétrie conformationnelle, joue un rôle dans le comportement en proche surface des
copolymères en milieu fondu.
© Les Editions de Physique 1994