目標(biāo)：通過在熱處理過程中對(duì)聚合物薄膜厚度和折射率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，來測(cè)定其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

實(shí)現(xiàn)手段與方法：采用一臺(tái)配置了FR-Thermal模塊的可見/近紅外光譜儀（VIS/NIR），其工作光譜范圍為360-1000 nm。該設(shè)備集成了一個(gè)加熱平臺(tái)，可通過手動(dòng)方式或FR-Monitor軟件進(jìn)行控制。

在本實(shí)驗(yàn)中，聚合物薄膜的厚度和折射率（采用Cauchy模型擬合）在以恒定升溫速率加熱的過程中被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。所研究的聚合物包括：聚甲基丙烯酸異丁酯（PiBMA）、聚甲基丙烯酸正丙酯（PPMA）和聚甲基丙烯酸乙酯（PEMA）。這些聚合物薄膜通過旋涂工藝制備在硅片基底上。

在測(cè)量之前，樣品已在145?°C下進(jìn)行了15分鐘的后烘處理（Post Apply Bake）。

結(jié)果：加熱速率為2–3?°C/min，在此過程中，聚合物薄膜的厚度和折射率以每分鐘50次的頻率被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將這兩個(gè)參數(shù)隨溫度的變化繪制成曲線（見圖1a–c）。結(jié)果顯示，聚合物薄膜的厚度在兩個(gè)不同的溫度區(qū)間內(nèi)均呈現(xiàn)線性增長趨勢(shì)。通過將這兩個(gè)線性段外推，其交點(diǎn)定義為聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）1。

所測(cè)得的聚丙烯酸烷基酯（poly(alkyl methacrylate)）薄膜的Tg值與文獻(xiàn)中報(bào)道的結(jié)果一致2^，3。

此外，厚度增長速率與文獻(xiàn)中報(bào)道的聚合物在“橡膠態(tài)”（即溫度高于Tg）下的熱膨脹系數(shù)（CTE）相符良好；而在“玻璃態(tài)”（溫度低于Tg）下，其數(shù)值也處于相同數(shù)量級(jí)?。

圖 1：甲基丙烯酸酯薄膜的熱處理以及薄膜厚度和折射率的監(jiān)測(cè)。a) 聚甲基丙烯酸異丁酯，b) 聚甲基丙烯酸丁酯，c) 聚甲基丙烯酸乙酯。根據(jù)溫度范圍計(jì)算得到的熱膨脹系數(shù)值為：(i) 當(dāng) T<Tg 時(shí)，熱膨脹系數(shù)為 2.9 - 3.4×10?? ；(ii) 當(dāng) T>Tg 時(shí)，熱膨脹系數(shù)為 6.4 - 6.7×10?? 。這些數(shù)值與文獻(xiàn)中關(guān)于這些聚（甲基丙烯酸烷基酯）的數(shù)據(jù)相符 。

結(jié)論：通過配備FR-Thermal套件的FR-Basic設(shè)備，我們測(cè)量了聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。類似地，其他聚合物薄膜的熱參數(shù)，例如薄膜的降解溫度，也可以使用該設(shè)備進(jìn)行測(cè)定。