嵌段聚合物由于其微观相分离特性,常常被用来制备纳米尺度上的微观结构。双嵌段聚合物含有两种化学相斥的组分,当这种相斥的作用力超过了某一阈值,嵌段聚合物将发生明显的相分离现象,从而得到了大小在数十纳米左右的、重复的微观区域。该尺寸正好是芯片制造中单个传感器的尺寸范围。虽然目前最先进的半导体光刻技术已经突破了10 nm以下的制程,但是其高昂的成本和较低的良率仍然制约着高端芯片的发展。基于此,将聚合物的微观相分离行为和光刻技术相结合,科学家们研发出了一种“软刻蚀技术”。但是,由于在20 nm以内,特别是10 nm以下,传统嵌段聚合物的相分离程度比较弱,组装结构的界面比较模糊,不适合进行软刻蚀技术的开发。因此,程正迪教授团队提出了“巨型表面活性剂”的概念,来解决这个技术难题。巨型表面活性剂具有极性头部加柔性疏水尾部的表面活性剂分子特征。其头部大多采用有一定结构刚性的亲水单分散纳米粒子,如亲水修饰的笼型聚倍半硅氧烷（POSS）、富勒烯(C60)等。在薄膜状态下,巨型表面活性剂表现出了强相分离特征,很好地解决了传统双嵌段聚合物相分离体系中存在的问题。但是,为了进一步提高相界面的尖锐程度和相分离图案的取向度,巨型表面活性剂头、尾两组分之间的相互作用参数还需要进一步优化,极性头部也需要对外场有更快、更灵敏的反应。基于以上要求,本课题聚焦于以多金属氧酸盐（POM）为头部、聚苯乙烯（PS）作为柔性尾部的巨型表面活性剂,探究其在超薄膜状态下的微相分离行为。将该分子应用于软刻蚀技术的创新之处在于:（1）相对于POSS与C60,属于无机物的POM和有机高聚物之间有更强的不相容性,因此具有更大的相互作用参数;（2）POM是一类金属氧化物团簇,它和碳基高分子之间有很高的刻蚀对比度;（3）POM是一类带电粒子,它对外加电场、磁场的高响应效率将有助于对巨型表面活性剂微相分离结构进行空间取向。具体来说,我们通过Keggin型POM与PS之间的点击化学反应,制备了一系列巨型表面活性剂。通过温度退火,我们借助小角X射线散射（SAXS）研究了这一系列样品在本体状态下的微相分离行为。另一方面,利用旋转涂膜技术,我们制备了不同厚度的巨型表面活性剂薄膜（30-100 nm）,并对其进行了溶剂蒸发退火处理。最终通过SAXS、TEM联合测试证明了当PS的分子量在2K和11K之间时,样品自组装形成层状结构;当PS的分子量为11K和12K的时候,样品自组装形成由圆柱填充的六方体结构。