通常利用嵌段共聚物微相分離(MPS)可以組裝得到10-100 nm的各種納米結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物(BCs)。如通過(guò)控制其組成和組合參數(shù),二嵌段共聚物膜可以產(chǎn)生球形、圓柱形、雙連續(xù)相和層狀的相結(jié)構(gòu)。在這些納米結(jié)構(gòu)中,納米圓對(duì)于BC膜中的納米柱通道的選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要意義。由于分子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)性和近晶型的二維(2D)層狀結(jié)構(gòu)的作用,目前已報(bào)道的近晶型的液晶BCs(LCBCs)顯示出非常寬的納米柱范圍。因此,LCBCs已被廣泛探索作為制造新型智能納米材料的模板或支架,對(duì)于從生物醫(yī)學(xué)到電子學(xué)的各種化學(xué)和材料領(lǐng)域都有著巨大的研究?jī)r(jià)值。目前,主要有熱或溶劑退火、機(jī)械摩擦、光學(xué)取向、電場(chǎng)或磁場(chǎng)、基板表面的化學(xué)改性、模板化自組裝和自由表面分離等許多操作MPS納米結(jié)構(gòu)的方法以獲得了所需的結(jié)構(gòu)和功能。然而,眾多方法制備的MPS納米結(jié)構(gòu)通常熱穩(wěn)定性不好,因此MPS結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
最近,北京大學(xué)于海峰教授(唯一通訊作者)課題組報(bào)道了一種限制性自組裝策略可以形成熱穩(wěn)定的MPS納米結(jié)構(gòu)。首先由親水性聚(環(huán)氧乙烷)(PEO)和疏水性含偶氮苯的聚甲基丙烯酸酯組成的兩親性液晶嵌段共聚物(LCBC)發(fā)生相分離成膜,然后在薄膜上方涂覆一種水溶性離子聚合物聚[4-苯乙烯磺酸鈉 (PSSNa)],可以非常方便地穩(wěn)定在LCBCs中形成的MPS納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn),熱退火和經(jīng)摩擦處理的聚酰亞胺薄膜都會(huì)在PSSNa涂層的LCBC薄膜中引起液晶基元的重新取向,而PEO納米柱的取向仍然保持不變。這表明親水性的PEO納米柱體可以被PSSNa覆蓋層選擇性的錨定,但是不影響連續(xù)相的憎水性的液晶取向。同時(shí),由于存在光響應(yīng)的偶氮苯液晶形成了連續(xù)相的基質(zhì),通過(guò)選擇區(qū)域限制的自組裝或非接觸光學(xué)圖案化技術(shù)可以對(duì)形成的納米柱進(jìn)行調(diào)控。更為有趣的是,水溶性PSSNa涂層非常容易用水洗掉,非破壞性的簡(jiǎn)便的制造穩(wěn)定的MPS納米結(jié)構(gòu),這可以確保其在納米加工工程中的進(jìn)一步應(yīng)用。研究成果以題為“Confined Self-Assembly Enables Stabilization and Patterning of Nanostructures in Liquid-Crystalline Block Copolymers”發(fā)布在期刊Macromolecules上。
圖LCBC薄膜(a)中形成的MPS納米結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性的示意圖,預(yù)處理薄膜在125℃退火(b),并暴露于UV輻射(c);由頂部涂層PSSNa獲得它們的相應(yīng)穩(wěn)定性(d-f)
作者通過(guò)頂部涂覆PSSNa的水溶性聚合物,成功地實(shí)現(xiàn)了通過(guò)限制自組裝策略在兩親性L(fǎng)CBC膜中得到熱穩(wěn)定和圖案化的MPS結(jié)構(gòu)。其中,當(dāng)在更高溫度(低于200 ℃)下進(jìn)行再退火步驟時(shí),熱退火和UV處理的LCBC膜用PSSNa涂覆后,都可以保持其涂覆前的納米結(jié)構(gòu)不變。而熱穩(wěn)定性是由于PEO和PSSNa之間的配位相互作用引起的,可以使PEO納米柱在一定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行選擇性的錨定。同時(shí),由于它們之間的不混溶性使得引入的頂部涂層對(duì)液晶的取向幾乎沒(méi)有影響。更重要的是表面涂層可以通過(guò)在水中漂洗而容易的和非破壞性的除去。此外,制造的具有復(fù)雜光學(xué)圖案化的納米結(jié)構(gòu)可以長(zhǎng)時(shí)間保存(至少半年),而不受任何受限的自組裝與光學(xué)圖案化技術(shù)的破壞,其有望在納米加工和納米工程中得到進(jìn)一步的應(yīng)用。
論文鏈接:
Confined Self-Assembly Enables Stabilization and Patterning of Nanostructures in Liquid-Crystalline Block Copolymers(Macromolecules, 2019, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b02435)
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.macromol.8b02435
- 江蘇大學(xué)徐琳教授課題組 AFM:人體體溫驅(qū)動(dòng)超拉伸液晶彈性體 2025-06-24
- 賓夕法尼亞大學(xué)楊澍團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.: 研發(fā)多模式力致變色液晶彈性體微管 2025-06-16
- 坦佩雷大學(xué)郭洪爽博士 Adv. Mater.: 無(wú)需引發(fā)劑 - 鹵鍵液晶彈性體打造光驅(qū)動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器 2025-05-31
- 天津大學(xué)/北京大學(xué) Sci. Adv.:基于光子微球索引的高容量DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)技術(shù) 2025-06-21
- 青科大李志波/劉紹峰教授團(tuán)隊(duì) ACS Catal.: 新型鉿金屬催化劑鏈穿梭聚合制備高熔點(diǎn)烯烴嵌段共聚物OBC 2025-05-11
- 暨南大學(xué)寧印教授 Angew:?jiǎn)尉ьw粒內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的空間調(diào)控 2025-05-05
- 西湖大學(xué)王盼課題組 Joule:兼具微相分離及微孔的雙離子通道聚合物膜 2025-06-16
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

- 杭師大黃又舉教授團(tuán)隊(duì) Angew...
- 西南大學(xué)甘霖/黃進(jìn)團(tuán)隊(duì) AFM:...
- 澳門(mén)大學(xué)李奕雯課題組 Sci. ...
- 華南農(nóng)大胡洋副教授/楊卓鴻...
- 武漢紡大徐衛(wèi)林教授、陳鳳翔...
- 昆士蘭大學(xué)喬瑞瑞團(tuán)隊(duì) Adv. ...
- 武漢大學(xué)劉抗教授團(tuán)隊(duì)《Adv....
- 西安交大盧同慶教授團(tuán)隊(duì)《Sc...
- 合工大秦海利、從懷萍/中科...
- 澳門(mén)大學(xué)周冰樸團(tuán)隊(duì) ACS Nan...
- 廣西大學(xué)林寶鳳教授團(tuán)隊(duì) CEJ...