靜態(tài)呼吸圖法構(gòu)筑三維多孔結(jié)構(gòu)與圖案化碳納米管陣列.pdf

1、圖案化是當(dāng)今微/納米技術(shù)的一個重要研究課題，廣泛應(yīng)用于集成電路、信息存儲設(shè)備、微型電氣-機(jī)械系統(tǒng)、小型傳感器、生物芯片等眾多領(lǐng)域。其中，具有三維微納米圖案的功能材料，更是微型器件構(gòu)筑中的核心組分。目前，在三維微圖案化的兩大工藝中，以刻蝕為核心的“自上而下”技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)長程有序，圖案多樣，精度高，缺陷少，但涉及步驟繁多，設(shè)備成本高昂，生產(chǎn)效率較低；基于自組裝的“自下而上”技術(shù)，成本低，加工方便，卻易引入缺陷。這迫使人們不斷開發(fā)新的工藝

2、來突破傳統(tǒng)技術(shù)的局限。呼吸圖法(Breath Figure)，一種在濕潤氣氛下鑄膜，以在溶液表面冷凝并自組裝排列的水滴為模板的新技術(shù)，為聚合物薄膜的圖案化開辟了新的道路。通過改變鑄膜條件，人們可以方便地對多孔膜的表面形貌和孔徑進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。最近，我們發(fā)展了一種被命名為靜態(tài)呼吸圖法的新技術(shù)，采用靜態(tài)飽和水蒸氣而不是傳統(tǒng)呼吸圖法中以濕氣流作為水滴來源的做法，成功實(shí)現(xiàn)了非極性線形聚合物和聚合物/無機(jī)前驅(qū)體混合體系的薄膜圖案化，拓寬了可適用于呼

3、吸圖法的鑄膜材料選擇范圍。在本文中，我們利用靜態(tài)呼吸圖技術(shù)，進(jìn)一步借助非平面的基底和化學(xué)氣相沉積法(CVD)，分別制備了三維有序的聚合物多孔薄膜和圖案化的碳納米管陣列。
　　 選用商品化的三嵌段聚合物聚苯乙烯-b-聚異戊二烯-b-聚苯乙烯(SIS)作為鑄膜材料，利用聚合物在成膜過程中良好的粘流性，在非平面基底如單晶糖上，實(shí)現(xiàn)了薄膜對凹凸不平的表面完美的包覆，并以自組裝排列的水滴為模板，成功構(gòu)筑了三維有序的SIS多孔薄膜。為了提高

4、圖案化薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，我們采用一氯化硫(S2Cl2)氣相交聯(lián)法，將線形的聚合物分子鏈連接成類似硫化橡膠的網(wǎng)絡(luò)狀大分子結(jié)構(gòu)。結(jié)果證明，溶解去除糖顆粒模板后，聚合物薄膜上多孔結(jié)構(gòu)的耐熱性可以達(dá)到350℃，比未交聯(lián)的薄膜提高了近300 K，在一系列SIS的良溶劑中，薄膜上的多孔結(jié)構(gòu)也可以得到很好的保留。沿著薄膜的Z軸自上而下，通過分析相應(yīng)區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)，證明了呼吸圖過程中水滴從成核到生長最后自組裝排列的三階段理論。利用刻有浮雕圖案的硅片為基

5、底，構(gòu)筑了多級有序的SIS多孔薄膜。
　　 碳納米管(carbon nanotubes，CNTs)在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用首先要求碳納米管生長在具有特定電學(xué)性質(zhì)的基底上，并盡可能實(shí)現(xiàn)對其生長位置、生長方向以及陣列間的相互接觸方式的控制。在本文中，我們利用靜態(tài)呼吸圖法，成功構(gòu)筑了一組具有串行接口形貌的碳納米管陣列。采用聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PS-b-PAA)和無機(jī)前驅(qū)體二茂鐵(Cp2Fe)的混合物作為鑄膜材料，制備二維有序雜化多孔膜