表面引发原子转移自由基聚合制备聚合物刷(A)及导电聚合物和金微阵列结构的制备(B)
表面引发聚合提供了一种在基底表面原位制备接枝聚合物膜的新方法,迄今为止,已经在表面上实现了多种聚合反应. 由此制备的聚合物刷与基底间通过化学键合、聚合物链堆积紧密,利用表面引发活性聚合可以调控聚合物膜的厚度,表面引发不同单体的聚合可以制备具有不同表面性质的聚合物膜和共聚物膜. 由于上述优点 ,聚合物刷在粘附、润滑、润湿、摩擦及生物相容性等领域具有广阔的应用前景.
表面引发聚合方法将自组装单分子膜扩大为超薄聚合物膜,作为功能性超薄有机层与自组装单分子膜相比超薄聚合物膜的性能会得到大幅改善,如自组装单分子膜可以作为电绝缘层制备导电聚合物微结构,但是自组装单分子膜并不能完全阻挡电子的传递,原因之一是单分子层厚度非常小,仅有1～2 nm ,另外,自组装单分子膜结构并不完美,由于表面污染或基底的晶面缺陷等常导致自组装膜存在大量缺陷,因此其是否可以阻碍电沉积仍不确定,电沉积既可能在空白区也可能在自组装单分子膜覆盖区发生沉积.
由于以上缺陷,自组装单分子膜作为超薄抗刻蚀层也并不可靠. 聚合物刷厚度大而且可调,柔性聚合物链可以掩盖底层自组装单分子膜的缺陷,因此可能更有效阻碍电子的传递,图案化聚合物刷比图案化单分子膜作为模板进行电沉积制备图案化导电聚合物微结构更可靠。
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室刘维民等人采用表面引发室温原子转移自由基聚合(ATRP)方法在金基底上原位制备了接枝聚合物刷,其制备过程用厚度测量,ATR-FTIR,XPS等进行了表征,初始时聚合物刷的厚度随着聚合时间的增加线性增加,表现为活性聚合的特征. XPS表征证明表面引发聚合后聚合物刷末端仍然存在ATRP反应的引发剂. 紫外光刻图案化的聚合物刷作为电沉积的模板,经电沉积、后紫外处理、湿化学刻蚀步骤后得到了分离的导电聚合物微阵列结构,通过浇注/粘附处理将导电聚合物微阵列转移至硅油弹性体片,由于导电聚合物在湿化学刻蚀中对基底金具有良好的保护作用 ,因此在导电聚合物阵列被转移后,基底表面得到金微阵列.