浙江大学伍广朋研究员和徐志康教授研发团队：链转移法制备二氧化碳基嵌段共聚物的反应活性、嵌段效率和纳米结构
嵌段共聚物定向组装技术(directed self-assembly, DSA)有望近期被半导体行业用于制造随机存储器或微处理器。尽管目前已开发了数以百计的具有高Flory-Huggins 热力学相互作用参数(χ)的嵌段共聚物，但各嵌段相过大的表面能差导致这些共聚物材料都不能有效兼容目前的光刻工艺流程，同时组装过程中缺陷率过高等因素成为制约定向组装技术向下一代随机存储器或微处理器单元挺进的最大障碍。
近日，浙江大学伍广朋研究员和徐志康教授研发团队在开发出满足下一代集成电路和存储器节点要求的二氧化碳基苯乙烯-碳酸丙烯酯嵌段共聚物的基础上(Nano Lett. 2017, 17, 1233–1239. Highlight by HGST)，对这一新型嵌段共聚物材料的合成方法进行了深入研究，相关论文发表在新一期的大分子上。(Synthesis of CO2-Based Block Copolymers via Chain Transfer Polymerization Using Macro-initiators: Activity, Blocking Efficiency, and Nanostructure Macromolecules, 2018, 10.1021/acs.macromol.7b02231)。
图1. 链转移法制备二氧化碳基嵌段共聚物的机理图以及具有不同嵌段效率苯乙烯-碳酸丙烯酯共聚物薄膜的热退火自组装电镜照片
本文中作者详细研究了利用链转移聚合法(Chain-Transfer Polymerization)制备多种二氧化碳基嵌段共聚物的影响因素，并首次引入了嵌段效率（Blocking Efficiency）这一概念，实现了对嵌段共聚物合成“优劣”的定量表征。研究发现大分子链转移剂的分子量、亲疏水性、转移剂加入量等对反应活性、嵌段效率都有直接的影响。随后，通过对具有不同嵌段效率苯乙烯-碳酸丙烯酯嵌段共聚物的自组装研究，实现了自组装过程中缺陷率的定性定量表征。
这一研究为该材料后期的规模化制备和定向组装过程中缺陷率的有效控制打下了一定基础；同时，反应机理的深入理解和嵌段效率的有效控制也为该方法在均孔分离膜、自愈合材料等领域的拓展铺平了道路。硕士生张瑶瑶为该论文的第一作者。
该研究得到了国家自然科学基金和浙江大学百人计划的支持。这一涉及合成、半导体材料、微电子和光刻技术的交叉研究也得到了包括美国德州农工大学、阿贡国家实验室、芝加哥大学等合作单位的协助。
相关链接：
1. Synthesis of CO2-Based Block Copolymers via Chain Transfer Polymerization Using Macroinitiators: Activity, Blocking Efficiency, and Nanostructure, Macromolecules, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b02231, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.7b02231
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