一种构造聚合物有序微观结构的方法

摘要

本发明涉及一种利用去润湿结合热退火过程构造聚合物有序微观网格结构的技术。包括硅橡胶(PDMS)模板的制备、金基底的制备、图案化自组装单层膜的制备、利用水汽冷凝构造水滴的有序图案、聚合物氯仿溶液在水滴图案表面的去润湿、聚合物有序微观网格结构的形成和转移六个步骤。通过此方法不但可以方便的控制得到多种形状多种尺寸的聚合物有序网格结构，还实现了最终有序形貌向其它任意基底的转移。本发明具有方便灵活，简单快捷的特点，所得网格结构也可以进一步作为复制铸模的模板使其图案直接复制到另一种材料的表面。这种技术可广泛地应用于聚合物材料的图案化，从而从工艺的角度为新型材料更高级功能的实现提供了一种有潜力的崭新选择。

主权项

一种构造聚合物有序微观结构的方法，其步骤如下：步骤1，首先将液态的聚二甲基硅氧烷预聚体与对应的固化剂按质量比12∶1～8∶1的比例混合均匀，25～40℃真空脱气30～50分钟，然后灌进用有序图案化的光刻胶板和与其相距3～5毫米平整玻璃组合成的模具中，于60～75℃固化8～10小时；冷却后将固化好的PDMS膜层从模具上小心地揭下，切掉四边无图案的区域，则得到带有微观有序表面结构的PDMS模板；步骤2，由表面依次蒸镀有5～10nm铬层和50～100nm金层的玻璃载片为金基底来制备图案化的自组装单层膜；步骤3，将烷基链长为8～20个碳的具有亲水性质的巯基小分子化合物的乙醇溶液均匀地涂于PDMS模板有图案的表面上，待乙醇自然挥发后，将此表面覆于步骤2制备的金基底表面并保持无压力接触10～15秒实现亲水性巯基化合物单分子层的印刷；然后将印好的金基底放入烷基链长为8～20个碳的具有疏水性质的巯基小分子化合物的乙醇溶液中浸泡10～20分钟，使在金基底上生长与亲水性巯基化合物单分子层结构互补的疏水性巯基化合物单分子层；最后取出金基底用无水乙醇冲洗，氮气吹干，即在金基底上制备得到图案化自组装膜；步骤4，利用水汽冷凝构造水滴的有序图案，首先将流速为6～10cm3·s-1的氮气通入80～90℃的热水中，而后将鼓出的湿润氮气流通过一个温度同样为80～90℃的冷凝瓶使其发生预冷凝，最后将平稳的湿润氮气流吹到步骤3中在金基底上制备的图案化自组装单层膜上，冷凝时间为3～8秒，则在亲水性巯基化合物单分子层区域形成水滴有序图案；步骤5，聚合物氯仿溶液在水滴图案表面的去润湿，先将溶于氯仿且不溶于水及在比其自身玻璃化转变温度高50～80℃时不发生分解的聚合物溶于氯仿配制成4～30mg·mL-1的聚合物氯仿溶液，然后迅速将步骤4中得到的带有水滴有序图案的金基底浸入聚合物氯仿溶液中，并以1～3cm·s-1的速度立即从聚合物氯仿溶液中提出，在氯仿挥发过程中溶液在水滴图案表面将发生去润湿，最后氯仿和水在室温下完全自然挥发后，则以水滴为模板形成聚合物的有序多孔膜层；步骤6，聚合物有序微观网格结构的形成和转移：将步骤5中得到的聚合物多孔膜层在比所用聚合物的玻璃化转变温度高50～80℃的条件下热退火处理1～4小时，待此样品冷却至室温后即得到聚合物的有序微观网格结构，去除金基底后即得到聚合物微观有序结构。