中科院化学所在嵌段共聚物自组装形貌调控研究方面取得重要进展

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嵌段聚合物可以自发组装为尺寸周期低于100nm以下纳米的结构，进而作为制备具有特定纳米结构材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高产易得的优异特点，使其得到了广泛的关注和研究。基于嵌段聚合物的纳米刻蚀技术被认为是最重要的下一代刻蚀技术之一。为了实现纳米刻蚀技术的应用，需要解决嵌段聚合物满足垂直取向形貌控制和局部图案调控两方面的难题。 

在中国科学院先导专项的大力支持下，中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室的科研人员在嵌段聚合物自组装形貌控制方法方面取得系列进展。在前期的研究工作中，科研人员利用石墨烯不可浸透性和界面能的可调控性，调控得到了自支撑的垂直取向嵌段聚合物薄膜。最近，他们首次提出了使用表面驻极体调控嵌段聚合物的自组装形貌。利用电子束辐射SiO2/Si基底，制备出表面充电的驻极体，之后利用其产生的局域电场，对嵌段聚合物薄膜组装进行控制，成功实现了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。此方法具有操作窗口宽，适用于多种驻极体基底，可以达到大面积均一取向薄膜等特点。此外，结合电子束直写技术可以在特定区域形成局域电场，进而可以得到可任意定制的薄膜图案（见图1），实现特定区域形貌取向的调控。更为重要的是，他们通过构筑极小尺寸的驻极体，得到了单个或多个嵌段共聚物组装单元的取向控制（见图2），实现了嵌段共聚物自组装的极限分辨率，为实现纳米图案精确定位提供了可能。该结果以全文形式发表在《自然通讯》（Nat. Commun., 2016, 7, 10752）上。 

图1 局域电场和自组装形成的自定制嵌段共聚物图案

图2 极限分辨率的嵌段共聚物组装取向控制（标尺：200 nm）

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