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摘 要

三嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚（2-乙烯基吡啶）-b-聚环氧乙烷（PS-b-P2VP-b-PEO）是由一种疏水链PS和两种亲水链P2VP和PEO构成，由于两种亲水链的存在，该三嵌段共聚物薄膜非常适应溶胀开孔的过程。改变三个不同链段的比例可组装获得多种有序取向结构。

本文首先使用旋涂的方法将PS-b-P2VP-b-PEO在硅片上成膜，紧接着使用溶剂对样品膜进行退火处理，调控制备具有有序规整的垂直取向聚合物薄膜，再置于乙醇中选择性对亲水链溶胀开孔，最后通过扫描电子显微镜（SEM）表征其表面和截面形貌。实验主要考察了溶解度参数在18.6-20.2 MPa ^1/2之间的溶剂分别对纯聚合物薄膜以及添加了少量PS的混合聚合物薄膜进行退火之后的形貌结构，从而获得得到垂直取向结构的最佳条件，即以四氢呋喃：氯仿=8：2（体积比）为退火溶剂，退火时间为160s时，获得规整垂直孔道结构。

关键词：三嵌段共聚物 溶剂退火 选择性溶胀 垂直取向结构

Vertical alignment in triblock copolymer of polystyrene-b-poly (2- vinyl pyridine)-b-poly ethylene oxide

Abstract

Triblock copolymer of polystyrene-block-poly (2-vinylpyridine)-b-poly(ethylene oxide) (PS-b-P2VP-b-PEO, BCP) is composed of a hydrophobic PS chain and two hydrophilic chains of P2VP and PEO. Due to the inherent hydrophilic property of P2VP and PEO chains, the triblock copolymer films are well suitable to “swelling-induced pore generation process”. A series of well-ordered morphologies can be achieved by altering the volume fractions of the triblock copolymer.

Firstly, we spin coat BCP solutions on a silicon wafer to produce a solid film, then solvent annealing is carried out to control the vertical orientation in the film. Subsequently, as a selective solvent to P2VP and PEO, ethanol is applied to selectively swell P2VP and PEO microdomains to generate pores in the BCP film. Finally, we can utlize scanning electron microscopy (SEM) to characterize the surface and cross section morphologies of the porous BCP film. The organic solvents with the solvent solubility parameters in the range of 18.6-20.2 MPa^{1 / 2} are involved in the solvent annealing process.. The BCP films with and without PS additive are treated by these chose solvents to obtain different morphologies. After then, the optimal condition will be achieved by series of experiments. At last, we conclude that the well-defined cylindrical pores can be produced in the BCP films with PS additive annealed in the atmosphere of organic vapors with a volume ration of 8/2 for tetrahydrofuran and chloroform.

Key Words:Triblock copolymer;Solvent annealing;Selective swelling; Vertical alignment

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 嵌段共聚物薄膜自组装 2

1.2.1 自组装微相分离 2

1.2.2 自组装调控方法 2

1.3 课题研究思路 5

第二章 聚苯乙烯-b-聚（2-乙烯基吡啶）-b-聚环氧乙烷三嵌段共聚物的垂直取向调控 7

2.2实验部分 7

2.2.1 实验主要原料及仪器 7

2.2.2 实验装置 8

2.2.3 制备PS-b-P2VP-b-PEO垂直孔道膜 8

2.3 PS-b-P2VP-b-PEO膜的表征 10

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 退火对象为纯聚合物薄膜 11

3.1.1 氯仿退火 11

3.1.2 二氯甲烷退火 12

3.1.3 氯仿：1，2-二氯乙烷=2：1退火 13

3.1.4 氯仿：丙酮=1：1 退火 14

3.1.5 氯仿：丙酮=1：2 退火 14

3.1.6 氯仿：丙酮=1：3 退火 15

3.1.7 四氢呋喃 退火 16

3.1.8 四氢呋喃：水=9：1 退火 17

3.2 退火对象为加入均聚物PS的聚合物薄膜 18

3.2.1 四氢呋喃 退火 18

3.2.2 四氢呋喃：氯仿=9：1 退火 18

3.2.3 四氢呋喃：氯仿=8：2 退火 19

3.2.4 四氢呋喃：氯仿=7：3 退火 20

3.2.5 四氢呋喃：氯仿=5：5 退火 21

3.2.6 重复对四氢呋喃：氯仿=8：2 退火 21

第四章 结论与展望 24

3.1 结论 24

3.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 28

绪论

1.1引言

嵌段共聚物是由两嵌段或多嵌段通过共价键链接而成的聚合物，在线性嵌段共聚物中，根据链段单元的种类，可分为 AB、ABC、ABCD型等等。构成嵌段共聚物的嵌段在热力学上往往是不相容的，容易导致体系发生相分离，但由于不同嵌段间有化学键相连，故相分离受到了限制。嵌段共聚物体系相分离的尺寸基本上与大分子链的尺度属于同一量级(约5～50nm)，即纳米级，人们习惯称之为微相分离^[1]，以区别于宏观的相分离，也有称作纳相分离。

易于制备规整有序结构和获得小于50纳米特征尺寸的特点，使得嵌段共聚物的自组装受到越来越多的关注。基于嵌段共聚物在自主装方面的优势，研究者们已经发展了制备具有大面积有序纳米结构薄膜的一系列方法，即控制嵌段共聚物微相分离的有序性、取向的各种方法，如溶液浇铸^[2]、剪切场^[3]、电场^[4]、表面图案^[5]，图案化基底^[6]，溶剂退火^[7]等等。在这些方法中，溶剂退火作为一种简单、高效的方法，可以在极短的时间内使得嵌段共聚物薄膜获得规整取向。

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