北航满兴坤教授团队《Physics Reports》综述：嵌段共聚物薄膜研究进展

高分子科技

2021-09-28

导读：利用外场来精确控制嵌段共聚物自组装纳米结构的研究进展，包括化学结构衬底，拓扑表面，动态局域退火，溶剂蒸发和溶剂蒸汽退火以及外加电场等方法。

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近日，北航物理学院满兴坤教授团队在物理学著名综述期刊《Physics Reports》（影响因子：25.6）上发表题为《Block Copolymer Thin Films》的综述文章。北航物理学院博士生黄昌杭和朱艳艳分别为第一和第二作者。北航满兴坤教授为唯一通讯作者，北航物理学院为通讯作者单位。

嵌段共聚物是由两种或者多种不同化学组分的聚合物链段通过共价键连接而形成的特殊高分子。不同组分之间的化学不相容性和共价键的连接性导致嵌段共聚物发生微观相分离，进而自组装成丰富多样的纳米结构。这些纳米结构的特征尺寸一般在几纳米到几百纳米之间，与传统光刻印刷制造微电子器件所需要的尺寸很接近，因此嵌段共聚物自组装为传统光刻图案化技术提供了全新的方案。嵌段共聚物薄膜自组装形成的纳米结构可用来制备纳米模板、纳米点阵、纳米电线、纳米网格、集成电路、纳米多孔薄膜、离子导电薄膜和光子晶体等。然而，嵌段共聚物自组装形成的纳米结构往往不是长程有序的，而是存在很多缺陷的，不能直接应用在工业制造上。所以，如何制备大面积无缺陷的纳米结构是近二十多年高分子物理领域中一个非常重要的研究方向。

针对这一关键科学问题，该团队详细综述了利用外场来精确控制嵌段共聚物自组装纳米结构的研究进展，包括化学结构衬底，拓扑表面，动态局域退火，溶剂蒸发和溶剂蒸汽退火以及外加电场等方法。除了实验的研究，还综述了相关理论的发展，以两组分线性嵌段共聚物体系为例，给出了详细的相关高分子自洽场理论和数值求解方法。此外，还对超越平均场的复数朗之万模拟，动态自洽场理论，弦方法以及相关粒子模拟方法进行了综述。最后，对相关实验和理论未来的发展方向提出了一些见解，包括结合现有的热退火方法，优化数值算法，以及发展机器学习在高分子体系中的应用等。

从本体相行为到薄膜自组装，对嵌段共聚物体系的研究已经有近半个世纪的历史。在这期间发展了很多重要的实验技术以及理论、计算和模拟方法。因为应用的需要，对该体系研究的关键词从“寻找”转变成“控制”，并将继续依赖于实验和理论紧密结合的研究模式。期望高分子物理能够早日突破制备大面积无缺陷嵌段共聚物薄膜纳米结构的科学瓶颈，使得嵌段共聚物材料在工业生产制备中发挥更重要的作用。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.physrep.2021.07.005

来源：北京航空航天大学

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