[发明专利]基于单分子荧光显微成像获取聚合物形变时的测量系统

说明书

本发明涉及一种基于单分子荧光显微成像获取聚合物形变时的测量系统，其特征在于，该测量系统包括：一用于使得一个以上的激发光光源产生圆偏振光以激发各个方向取向的荧光探针的激发光光源单元；一用于将所述激发光光源单元发出的圆偏振光会聚到发生形变的待测样品，同时将待测样品产生的荧光信号收集并导出的光学显微单元；一用于固定设置待测样品，并对待测样品进行拉伸测试，获得待测样品应力应变数据的高精度机械拉伸单元；一用于在待测样品形变过程中进行单分子显微成像的单分子荧光成像单元。本发明能够以单分子级别的实验测试手段更精细地研究玻璃态聚合物在形变过程中的链响应行为。

技术领域

本发明是关于一种基于单分子荧光显微成像获取聚合物形变时的测量系统，涉及对聚合物形变机理及脆、韧性根源等探索的高分子物理基础研究领域。

背景技术

在材料领域玻璃态聚合物得到了广泛的应用，原因除了其轻量、绝缘、易加工成型等优势外还在于其具有良好的机械性能(如工程塑料)。与其他种类高模量固体材料相比聚合物通常更有韧性，在外力作用下可以发生较大的形变而不会断裂。现在众多研究都在寻求在保持聚合物良好的可加工性能的同时进一步增强聚合物的模量和韧性，这就要求对玻璃态聚合物在外力作用下发生形变的机理有更深层次的理解。研究玻璃态聚合物的形变机理一直是高分子物理领域非常大的挑战。处于玻璃态的聚合物自身在未发生形变时就存在非常复杂的物理特性如空间的动态非均匀性和结构松弛的特性，而形变过程中还进一步表现出非线性的响应特征。对于聚合物形变时非线性响应的研究已经进行了相当长的时间。

理论方面，1936年Eyring提出外力降低分子重排势垒从而使玻璃具有流动性的观点来解释玻璃的形变(“Viscosity,Plasticity,and Diffusion as Examples ofAbsolute Reaction Rates”J.Chem.Phys.,1936,4,283-291.)。之后以Eyring模型为基础，提出了众多的理论模型来描述玻璃态聚合物的形变行为。

实验方面，Gleason等通过固态核磁方法研究了尼龙-6的拉伸形变过程，证明了形变时无定形区链运动能力的增强(“Chain Mobility in the Amorphous Region of Nylon6 Observed under Active Uniaxial Deformation”Science 2000,288,(5463),116-119.)；Argon等通过小分子向聚合物基体渗透的方法研究了玻璃态聚合物形变时的链运动能力，发现聚合物在远低于其玻璃化温度下被压缩时，小分子渗入其中的速率就可以与在玻璃化温度下未发生形变时的渗透速率相当(“Enhanced Case-II diffusion ofdiluents into glassy polymers undergoing plastic flow”Polymer 2001,42,(2),613-621.)；Vigier等结合动态机械分析和小角X射线散射结果研究玻璃态聚合物形变时发现形变过程中聚合物内部产生许多链运动能力较强的微小区域(high mobility zones)，且区域随着形变先是尺寸增加，之后是数目的增加(“Characterization of the DrasticIncrease in Molecular Mobility of a Deformed Amorphous Polymer”Phys.Rev.Lett.2006,97,(20),207801.)。