定向嵌段共聚物薄膜制备纳米孔阵列模板.pdf

王 非等：定向嵌段共聚物薄膜制备纳米孔阵列模板 定向嵌段共聚物薄膜制备纳米孑L阵列模板” 王 非，李春忠 (华东理工大学材料科学与工程学院，超细材料制备与应用教育部重点实验室，上海200237) 摘要：探索了纳米孔阵列模板制备的新技术—— 和金属锂反应制得，使用前采用双滴定法确定其浓 一种基于电场作用下嵌段共聚物薄膜的自组装。采用 阴离子聚合技术，以苯乙烯(St)和甲基丙烯酸甲酯 (DPE)，纯度≥95％，分子量为180．25。 (MMA)为单体制备了一定嵌段比例的二嵌段共聚物 阴离子聚合采用双排管体系，一路抽真空，一路通 P(St-b—MMA)。GPC分析表明其分子量为23000～氮气，采用烘烤除去体系水汽及杂质。聚合瓶抽气、烘 49000、分子量分散度在1．06～1．2，1HNMR、FTIR烤、充氮，反复进行3次，然后用干燥的注射器移人定 等分析表明共聚物具有嵌段结构成分。共聚物离心涂 膜并在电场作用下的自组装，选择性地刻蚀后获得了 一30℃下恒温除杂后，加入定量的引发剂正丁基锂，进 可控的纳米尺寸孔洞的阵列，SEM、AFM、UV-vis等 帽，目的是降低第一单体活性种活性增加立体位阻，避 分析表明阵列模板中孔洞大小为25～800nm，孔密度 可达4×108／cm2。 免进攻羰基的副反应，使二次引发效率大大提高。最 关键词： 嵌段共聚物；自组装；纳米结构；纳米阵列模 后加人定量的MMA进行聚合。用甲醇终止聚合反 板；阴离子聚合 应，聚合物溶液采用去离子水沉淀分离，聚合物在 中图分类号： 0631．1 文献标识码：A 50℃下真空干燥。得到干燥产物，再用聚苯乙烯均聚 文章编号：1001—9731(2006)03一0431-03物的良溶剂环几烷抽提除去聚苯乙烯，用聚甲基丙烯 酸甲酯的良溶剂乙腈抽提除去聚甲基丙烯酸甲酯。剩 1 引 言 有序微相结构材料的制备在材料科学领域内一直 物。 备受关注，尤其是以光电子信息技术为主要特征的当 2．2二嵌段共聚物薄膜制备纳米阵列模板 今时代。有序微结构材料是光电子信息技术的核心和 将二嵌段共聚物用KW一4型台式匀胶机离心涂 基础性材料之一，如模板材料、纳米材料、介孔固体以 膜，涂布到基板上(抛光玻璃或聚酰亚胺薄膜)，得到微 及光子晶体等。方便、可控地制备特定结构的微结构 米级共聚物单层膜，经真空干燥后备用。薄膜的厚度 材料，迄今为止仍具有困难。而嵌段共聚物为这种微 由溶液的粘稠度和匀胶机的转速控制。得到的薄膜放 结构材料的制备提供了独特的途径[1矗]。嵌段共聚物 人氮气保护的烘箱中，升温至共聚物玻璃化转变温度 链段及其在聚合体中分散尺寸正好介于纳米尺度范 以上，在垂直于基板方向的直流电场(25V／“m)作用下 围[3]，由于两个化学直链相连接，因此可以通过自组装 退火，退火温度170℃(装置见下图1)。 得到可控形态和结构，并且限制其尺寸在大分子尺寸 范围内。二嵌段共聚物能形成结晶微相，可以将分散 相去除得到纳米孔洞阵列结构[4]。本文采用阴离子聚 合制备了二嵌段共聚物(聚苯乙烯-b一聚甲基丙烯酸甲 酯)(P(St-b—MMA))，通过电场控制自组装制备了纳 米孔阵列模板，并进一步研究了模板的形态和结构。 2 实 验 图1 电场自组装装置图 1 Schematicoftheelectricfield of 2．1二嵌段共聚物制备过程 Fig setupcopoly— mer 二嵌段