论文总字数：19631字

摘 要

嵌段共聚物（BCP）的定向自组装（DSA）作为一种纳米构图技术已经出现，其分辨率在几纳米到几十纳米之间，因此该技术属于下一代光刻技术。而χ值不足会导致相分离出现混乱。所以对聚甲基丙烯酸甲酯进行酰胺化反应，增加聚甲基丙烯酸甲酯的亲水性，通过酰胺化反应来增加χ值，获得高χ嵌段聚合物。将酰胺化改性后的产物烘干分别和0%、10%、20%的离子液体混合，也是为了提高χ值。所以各取相同质量的溶剂与四氢呋喃混合做旋涂和接触角，来对比不同剂量的离子液体在酰胺化改性PMMA中的界面能。

关键词： 自由基聚合，离子液体，相分离，旋涂和接触角，界面能

Distribution and Interaction of Ionic Liquids in Amidated Modified Polyacrylate

Abstract： In this work, the directional self-assembly (DSA) of block copolymers (BCP) has emerged as a nanopatterning technology with a resolution between a few nanometers and tens of nanometers, so this technology belongs to the next generation of lithography. Insufficient χ value will cause chaos in phase separation. Therefore, the amidation reaction of polymethyl methacrylate is performed to increase the hydrophilicity of polymethyl methacrylate, and the value of χ is increased through the amidation reaction to obtain a high χ block polymer. The amidation-modified product is dried and mixed with 0%, 10%, and 20% ionic liquids, respectively, in order to increase the χ value. Therefore, each solvent of the same quality was mixed with tetrahydrofuran for spin coating and contact angle to compare the interface energy of different doses of ionic liquid in amidated PMMA.

Keywords: Radical polymerization, Ionic liquid, Phase separation, Spin coating and contact angle，Interface energy

目 录

目 录

第一章 绪论 1

1.1 聚甲基丙烯酸甲酯的简介 1

1.1.1 PMMA与PS相容性的提高 1

1.1.2 PMMA在嵌段聚合物中的χ值比较 1

1.2 离子液体研究进展 2

1.2.1离子液体概念 2

1.2.2离子液体结构 2

1.2.3离子簇效应对酸碱度的影响 3

1.2.4观察离子液体中相互作用的方法 3

1.2.5离子液体的应用 4

1.3 酰胺化反应简介 4

1.4 嵌段聚合物的自组装 4

1.4.1微观相分离 4

1.4.2光刻胶技术 5

1.4.3具有表面活性嵌入中性层的高χ嵌段共聚物薄膜的取向控制 7

1.4.4嵌段聚合物的应用 7

1.5离子液体阳离子结构与嵌段聚合物结构相区尺寸的关系 8

1.6 本文研究的内容及意义 8

第二章 实验内容和计算方法 9

2.1引言 9

2.2聚甲基丙烯酸甲酯的制备 10

2.2.1实验药品 10

2.2.2实验仪器 10

2.2.3实验过程 10

2.3红外光谱测试及核磁共振测试 11

2.4旋涂和接触角测试 13

2.4.1 溶剂的选择 13

2.4.2制样 13

2.4.3 旋涂仪及其接触角测试方法 14

第三章 结果和分析 15

3.1聚合物表面能计算公式 15

3.2接触角测试结果 15

3.3接触角数据分析 15

第四章 结论与展望 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 绪论

1.1 聚甲基丙烯酸甲酯的简介

1.1.1 PMMA与PS相容性的提高

基于嵌段共聚物自组装的纳米加工是生产特征尺寸小于10 nm的纳米图案的最有前途的方法之一。尽管已经广泛研究了聚苯乙烯嵌段-聚（甲基丙烯酸甲酯）（PS-b-PMMA）作为用于纳米加工的合适模板，但是PS和PMMA嵌段之间的不充分相容性使其难以实现微相分离，畴间距小于约20 nm。我们现在提供一种简单有效的方法，用于PS-b-PMMA的后聚合改性，以有效增加两个嵌段之间的不相容性，从而即使在低聚合度下也可以实现微相分离。进行PS-b-PMMA与伯胺和仲胺的酯酰胺交换反应，以将少量甲基丙烯酰胺引入PMMA嵌段中，以增加其亲水性。对大量样品进行的小角度X射线散射测量结果表明，由于不相容性增加，即使在8.5 kg·mol^-1的极低分子量下，改性的PS-b-PMMA也会自组装形成层状相块之间。在这项研究中观察到的改性PS-b-PMMA的最小畴间距为11.1 nm。也就是说，最小的特征尺寸是5.6nm。改性的PS-b-PMMA薄膜通过石墨外延定向自组装工艺显示出排列良好的线型，这表明从PS-b-PMMA获得的这些材料具有用于10纳米以下纳米制造应用的潜力。[1]

1.1.2 PMMA在嵌段聚合物中的χ值比较

PMA和PMMA之间的唯一结构差异是PMA不具有甲基侧基，这导致非常相似的化学性质：

（1）PMA和PMMA都容易受到紫外线降解的影响；

（2）在O₂等离子体反应刻蚀条件下，它们具有相似的刻蚀速率；

（3）羰基可以在顺序渗透合成（SIS）过程中键合到金属部分 。

这种类似的性质允许将PS-b-PMMA的蚀刻或图案转移条件也应用于PS-b-PMA。 PS和PMA也具有几乎相等的γs，并且在热处理下的膜中可以实现微区的垂直取向。 PS-b-PMA最吸引人的特性是它的χ值（150°C时约为0.068）比PS-b-PMMA（150°C时约为0.029）高得多，这使得PS-b-PMA可以微相分离成L_o低至约14 nm的结构。[2]

1.2 离子液体研究进展

嵌段共聚物之所以令人着迷，是因为它们可以自动组装成许多有序的介观形态，这由多种因素决定，这些因素包括聚合度（N），体积分数（f）和Flory-Huggins聚合物-聚合物相互作用参数（χeff）, 线性A-B二嵌段共聚物通常表现出经典的微观结构，例如六角堆积的圆柱体（HEX），薄片（LAM），共连续螺旋体（GYR）和带有以体心立方堆积的球体（SBCC)。这些形态已被研究用于包括聚电解质[3]，膜[4]，用于沉积无机材料的模板[5]，嵌段共聚物光刻[6]，有机光伏[7]，和光子学等应用[8]。

离子液体（ILs）已被证明是用于调节嵌段共聚物形态中有希望的添加剂，这使其可以应用于光子学领域和嵌段共聚物光刻领域。离子液体通常由大量不对称的有机阳离子和带离域电荷的阴离子组成。这些结构特征导致大多数离子液体的熔点低于环境温度。此外，通过改变阴离子/阳离子的组合，可以调整离子电导率、疏水性和热稳定性等性能。[9,10]许多离子液体是极性聚合物的良好溶剂，如聚(环氧乙烷)，聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚(2-乙烯基吡啶)，但对聚苯乙烯是不良溶剂。当与聚苯乙烯配对时，这使得离子液体可以选择性地分配到这些极性更大的聚合物的域中。

1.2.1离子液体概念

离子液体的定义是由有机阳离子和无机或有机阴离子组成的低温熔融盐（≤ 100℃）。最近，离子液体（ILs）作为潜在的“绿色溶剂”引起了人们的关注，可用于生产高强度碳纤维。[11]ILs在室温下是液态盐，与传统溶剂相比具有许多优势，包括可忽略的蒸气压，毒性很低，有良好的热稳定性，并且在受控碳化下会产生碳。ILs已被用作其他聚合物体系的增塑剂，在这些体系中，ILs可以降低玻璃化转变温度和熔融粘度。[12]

1.2.2离子液体结构

离子液体（ILs）引起了广泛的关注，并且由于其多种多样的特性而被广泛应用于许多应用中，这是由于离子液体的特殊结构引起的。

请支付后下载全文，论文总字数：19631字