基于嵌段共聚物的纳米结构组装研究

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纳米结构因其独特的光、电、磁、热等性质在催化、传感、存储、能源、光电子器件等领域具有巨大应用前景。如何方便、可控地制备具有特定功能的纳米结构,一直是当今纳米科学技术领域的热点问题。在各种纳米加工技术中,嵌段共聚物模板组装技术具有简单便利、灵活可控、成本不高,可与当今微电子工艺相兼容等特点,被国际半导体行业协会认为是制备高分辨率纳米图案的新兴技术,因而在最近受到强烈关注。  本论文分别在硅片平面基底和预制了纳米结构的图案化基底上,研究了三种不同分子量的PS-b-P2VP嵌段共聚物薄膜的组装行为与结构调控,并通过模板图案转移可控制备有序功能纳米结构。主要研究内容包括以下几个方面:  1.硅平面基底上的PS-b-P2VP嵌段共聚物薄膜的组装研究。首先采用溶剂退火法研究了溶剂蒸汽浓度、退火时间对不同分子量的嵌段共聚物薄膜形貌的影响。结果表明,嵌段共聚物形貌结构在溶剂作用下逐渐演变,可以形成六角密堆点状、指纹线状等系列有序纳米结构阵列;较高的溶剂蒸汽浓度,导致较快的结构演变;不同分子量的嵌段共聚物,具有不同的组装行为和图案结构。采用微波热处理与溶剂相结合的退火方式,则只需微量的溶剂即可在几分钟内实现对共聚物图案的调控,快速形成大面积均匀的有序结构,对应三种共聚物,分别获得层状纳米颗粒结构、指纹线状纳米结构和六角密堆点状纳米结构阵列。  2.微球图案化基底表面的嵌段共聚物组装研究。利用SiO2微球在硅片上的排列,制备了多种微球排列图案。以此为基底,研究了不同几何限域图案对嵌段共聚物组装行为的影响。结果表明微球的存在明显影响嵌段共聚物的组装行为,不同的微球排列图案产生不同的组装结构。我们将嵌段共聚物的组装基底从平面扩展到球面上,研究了在微球立体表面的嵌段共聚物的自组装行为,获得了微球表面上点缀纳米图案的特殊结构。这不仅为嵌段共聚物自组装行为的调控研究提供新的方法,还可能发展出一类新型纳米结构和材料,在生物标记、催化、传感等领域具有应用前景。  3.嵌段共聚物的层层组装与金纳米结构的调控研究。提出以嵌段共聚物组装得到的金纳米点阵列为预图案化基底,研究了嵌段共聚物一金离子复配物的层层组装与金纳米颗粒的排列结构调控,并对组装结构进行了SERS活性检测。  结果表明,随着组装层数的增加,金纳米结构的颗粒密集程度增加,其SERS活性也增强。该研究为纳米结构的层层构筑提供了新的途径,为设计发展可调SERS活性基底并应用于生物传感检测提供了启示。
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