[发明专利]一种PS-b-P2VP模板的硅表面纳米级高分子刷图案的制备方法

权利要求书

1.一种PS-b-P₂VP模板的硅表面纳米级高分子刷图案的制备方法，将两亲性嵌段共聚物PS-b-P₂VP在甲苯溶液里自组装成胶束，旋涂在硅片上形成PS作基质背景、P₂VP形成突出于PS基质背景的30-50nm的圆点；然后在8-12:1THF/H₂O溶剂蒸汽密闭环境中室温下放置30-40h，形成PS-b-P₂VP直线条或指纹状图案，然后在Na₂PtCl₄/HCl溶液中浸泡3-24h，带正电荷的[P₂VP]⁺和带负电荷的[PtCl₄]^2-静电吸引结合在一起，用O₂等离子体处理除去PS-b-P₂VP，同时使Na₂PtCl₄生成Pt线条；用1:0.5-2:3-5HF/H₂O₂/EtOH的阳极辅助溶液腐蚀得到了间距在50-100nm之间，带宽30-50nm的线状或指纹状条纹，腐蚀的机理是Pt所处位点的原电池反应机理，最后在线状条纹的纳米坑处组装PMAA，得到线条状或指纹状的PMAA图案；

其特征在于：制备方法具体包括以下步骤：

(1)硅片的清洗：将切好的单晶硅用氮气吹干净，采用半导体工业标准的RCA清洗技术对硅片进行处理：即先用2-4:1H₂SO₄/H₂O₂溶液中在100-140℃下加热至无气泡产生，用超纯水超声5-25min；再用1:1:5NH₃.H₂O/H₂O₂/H₂O溶液于60-90℃煮10-30min，超纯水超声5-25min；接着在1:1:6HCl/H₂O₂/H₂O溶液于60-90℃煮10-30min，超纯水超声至溶液成中性，氮气吹干待用，其余硅片保存于超纯水中；

(2)聚合物模版的制备：将PS-b-P₂VP溶解在甲苯中，室温搅拌8-16h,制成浓度为0.5％(w/w)的溶液；

(3)PS-b-P₂VP的沉积、溶剂蒸汽加热、金属沉积、腐蚀：取8-12μl0.5％(w/w)PS-b-P₂VP溶液滴在1.0cm×1.0cm硅片上，旋涂，旋涂转速3000-4000rpm/min，随后硅片在1.9L干燥器中，内有11ml8-12:1THF/H₂O溶蒸汽中室温放置30-40h，进行溶剂蒸汽加热，得到线状或指纹状图案，将硅片浸泡于浓度为60-80mmol.L^-1Na₂PtCl₄/0.9％HCl溶液，3-24h；铂盐沉积后，硅片用水冲洗，氮气吹干，然后用氧等离子体除去聚合物并使铂盐还原成铂线；硅片取出后浸泡于体积比为1:0.5-2:3-5的HF/H₂O₂/EtOH溶液中，浸泡时间为1-5min，温度为30-50℃，然后水冲洗，氮气吹干，硅片再用甲苯和三氯甲烷分别超声清洗5-25min，氮气吹干；

(4)引发剂2-溴-2-甲基丙酸-10’-十一烯酯的合成：将8.3ml的十一烯醇和3.5ml的吡啶加入40ml的THF，冰浴条件下，缓慢滴加2-溴-2-甲基丙酰溴，室温条件下，通氮气反应15h，待反应结束后，加入25ml正己烷，用50ml的2mol.L^-1的HCl洗两次，去除未反应的酰溴，水洗两次，用无水硫酸钠干燥，有机相过硅胶柱纯化，旋蒸得到无色液体：2-溴-2-甲基丙酸-10’-十一烯酯；

(5)表面氢化硅烷化和表面引发剂的引入：将步骤(3)新鲜腐蚀的硅片放进80ml小瓶，内有10ml2-溴-2-甲基丙酸-10’-十一烯酯，小瓶用氮气排空15min,反应在CEM微波反应器中进行，反应温度为125℃，反应20min，反应后，硅片用二氯甲烷，无水乙醇分别超声3min，氮气吹干；

(6)PMAA聚合物刷的制备：通过甲基丙烯酸钠的ATRP反应，PMAA聚合物刷共价键合在载有引发剂的硅片上，甲基丙烯酸钠的ATRP反应在氮气保护的小瓶中进行，加入540mg甲基丙烯酸钠，40mg联吡啶，6ml1:1H₂O/CH₃OH溶液；先氮气保护15min,然后加入18mgCuBr,40℃保持2-4h；然后硅片用THF、H₂O、EtOH依次超声清洗，氮气吹干得到PMAA聚合物刷。