基于线型ABC三嵌段共聚物的位点识别纳米图案及双功能纳米阵列的可控制备

Based on the special optical, electronic or magnetic properties of ordered nanostructure arrays with two or more kinds of nanoparticles/nanowires on one substrate, this proposed program focuses on self-assemble nanopatterns and mechanism of phase transition of linear ABC triblock copolymers with different functional groups in the two-end blocks of A and C to fabricate periodic nanopatterns with difunctional nanophase A and C. And the site-recognizable properties and mechanisms of the difunctional nanosites to different metal and metal oxide nanoparticles will be investigated. With the difunctional periodic nanopatterns as templates, both the nanopatterns and positions of the metal or metal oxide nanoparticles on the templates can be accurately controlled by adsorption or bonding due to these two kinds of the site-recognizable nanosites. Finally, two kinds of ordered nanoparticle/nanowire arrays of metal/metal oxide with controlled position and size on one substrate can be fabricated by in-situ transfer to silicon substrate by using the oxygen plasma method or two-step calcination method. A novel approach for fabricating multifunctional nanodevics, such as optoelectronic/semiconductive, optoelectronic/magnetic, can be available by the harvest obtained from this project.

基于同一衬底上两种或两种以上有序纳米结构阵列的光、电、磁等特异性能，本项目拟通过两端链段A和C含不同功能基团的线型ABC三嵌段共聚物的自组装和相转变调控，构筑含两种功能性位点的周期性纳米图案；研究两种功能性位点对金属、金属氧化物纳米粒子的识别性能与作用机制；以该双功能周期性纳米图案为模板，结合功能性位点的识别性能，控制金属、金属氧化物纳米粒子吸附或键合在相应的纳米相位点；进而通过氧离子束蚀刻法或两步煅烧法去除嵌段共聚物模板，原位转移金属纳米粒子、金属氧化物纳米线于单晶硅衬底上，从而实现在同一衬底上制备两种位置、尺寸、取向均可控的金属/金属氧化物有序纳米阵列的目的。项目可为光电/半导体、光电/磁等多功能纳米器件的研究提供新思路。

基于同一衬底上两种或两种以上有序纳米结构阵列的光、电、磁等特异性能，本项目研究了几种线型ABC三嵌段共聚物的微相分离调控与自组装纳米图案，进而结合聚合物的识别性能，制备出不同形貌的双组分有序纳米阵列，研究了其光电性能，可为光电/半导体、光电/磁等多功能纳米器件的研究提供新思路。. 经理论计算与模拟对线型三嵌段共聚物的分子结构与特异性识别功能基团分析，筛选PI-b-PS-b-P2VP、PS-b-P2VP-b-PEO与P4VP-b-PS-b-PVA为所需的线性ABC三嵌段共聚物（其中，PI链段上有C=C，对配位能力较强的铂和钯等金属有特殊吸附作用；P2VP上的吡啶基团对金、银等金属有较强吸附作用，PEO链段上的环氧乙烷结构对氧化铁、氧化锌等金属氧化物有特殊吸附作用。）. 研究了三氯甲烷、甲苯以及四氢呋喃等溶剂对PI-b-PS-b-P2VP、PS-b-P2VP-b-PEO等线性三嵌段聚合物溶液旋涂所得纳米图案的影响，结果表明，甲苯是PS的良溶剂，P2VP以及PEO嵌段的不良溶剂，故能促使分子链在溶解及旋涂过程中发生微相分离，同时，甲苯的沸点高，可保证分子链在旋涂过程中能充分运动，采取有序排列，进而可得到三相周期性交替排列的柱状、平行状等有序阵列纳米图案。进一步系统研究了温度、浓度、旋涂转数、退火溶剂与退火时间等因素对微相分离及形成纳米图案的影响，采用SEM、TEM、AFM等手段表征了聚合物微相分离及纳米图案形貌。另外，通过在PS-b-P2VP-b-PEO微相分离过程中添加LiCl的研究表明，添加无机盐及所用溶剂的不同对聚合物微相分离及形成纳米图案形貌有明显影响。. 研究了所制备双位点识别功能聚合物有序纳米图案分别对金属、金属氧化物纳米粒子的识别作用与作用机制，制备出Au纳米粒子阵列以及Au/Pd、Au/ZnO、Au/TiO2等金属/金属、金属/金属氧化物氧化物双功能有序纳米结构，采用SEM、TEM、AFM、XRD等手段表征了纳米阵列与纳米有序结构的形貌。在此基础上，初步研究了纳米有序结构的等离激元特性，在快速痕量检测等方面呈现潜在应用前景。