溶剂挥发速度对溶液浇铸嵌段共聚物薄膜相行为的影响.pdfVIP

溶剂挥发速度对溶液浇铸嵌段共聚物薄膜相行为的影响 宫玉梅 胡志军 何天白* 中国科学院长春应用化学研究所 高分子物理与化学国家重点实验室, 长春 130022，*Email: tbhe@ciac.jl.cn 关键词：嵌段共聚物自组装 PS-PMMA 环状形貌 嵌段共聚物通过自组装形成的有序薄膜由于在纳米刻蚀、微图案化等方面的 1-2 潜在用途而备受人们的关注 。因为成膜条件在嵌段共聚物薄膜相形态的演化过 程中起着至关重要的作用，所以研究成膜条件对薄膜相形态的影响从而达到调控 嵌段共聚物自组装图案的目的无疑有很重要的意义。 本工作研究溶液浇铸成膜时溶剂挥发速度对嵌段共聚物薄膜相形态的影响。 实验中所用的样品为聚苯乙烯(PS1257)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA460)两嵌段共聚物 （数据代表该段的数均聚合度），所用溶剂为 1,1,2,2-四氯乙烷(Tetra-CE) 。通过 Flory-Huggins 相互作用参数( χPS −Tetra−CE = 0.435 0.5 and χPMMA−Tetra−CE = 0.374 0.5) 判断，该溶剂对PS 和PMMA 均为良溶剂，但对PMMA 有弱的优先亲和性。借助 原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)，我们观察了在不同挥发速度时所得 到的薄膜的相形态。当挥发速度为0.02 ，0.004ml/h 时，观察到了一种新颖的环状 形态，如图1a、1b 所示。其中暗的相区为RuO4 着色的PS 区，而亮的相区为PMMA 区。我们认为，由于溶剂对PMMA 有优先亲和性，从而使得PS 在稀溶液中也会 采取卷曲构象3 ，形成以PS 为核PMMA 为壳的类胶束聚集体，当溶剂挥发速度比 较快时，借助于其快速挥发时膜皱缩引起的力场，这些聚集体相互靠近融合成环 状结构。这个形成过程可以通过溶剂更快挥发时观察到的形貌来证实。当挥发速 率达0.1ml/h 时，我们发现了如图2 所示的结构。很明显，图中的环是由球的聚集 形成的，并且在该过程中可能还伴随有柱的形成过程。但当挥发速率更慢时，如 0.001ml/h ，环状结构已不复存在，我们只得到如图3 所示的规整排列的球的形态。 参考文献 1. Park C., Yoon J., Thomas E. L. Polymer 2003, 44, 6725. 2. Fasolka M. J., Mayes A. M. Annu. Rev. Mater. Res. 2001, 31, 323. 3. Han C. C., Mozer, B. Macromolecules 1977, 10, 44. 致谢 本工作得到国家自然科学基金资助 1 a b Figure 1. TEM micrographs of the ring-shaped morphology formed in solution-cast films formed at 0.02 (a) and 0.004 mL/h (b) solvent evaporation rates. Figure 2. TEM micrograph of the film Figure 3. TEM micrograph of the film formed at 0.1mL/h solvent evaporation formed at 0.001mL/h solvent evaporation rate. rate. The Effect of Solvent Evaporation Rate on the Phase Behavior of Solution-Cast Block Copolymer Films Yumei Gong Zhijun Hu Tianbai He*