關(guān)于聚合物薄膜微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑一直是高分子材料領(lǐng)域的熱點問題,如何簡單有效的制備出高規(guī)整度,高保真和高復(fù)制比的聚合物微納結(jié)構(gòu)薄膜仍然是一個棘手的問題�；谑覝厝軇┹o助納米壓印技術(shù)成功構(gòu)筑共軛聚合物聚3-己基噻吩poly(3-hexylthiophene)(P3HT)納米圖案化薄膜以及基于聚二甲基硅氧烷Polydimethylsiloxane(PDMS)模板熱壓印技術(shù)構(gòu)筑聚氧化乙烯poly(ethylene oxide)(PEO)微納結(jié)構(gòu)薄膜。微納米壓印技術(shù)是利用PDMS作為模板來構(gòu)筑聚合物微納結(jié)構(gòu)薄,構(gòu)筑的聚合物微納結(jié)構(gòu)薄膜與PDMS模板信息完全一致。主要因為PDMS模板具有較強的化學(xué)穩(wěn)定性,低表面能,良好的導(dǎo)熱性等優(yōu)點。利用微納米級的PDMS模板來構(gòu)筑聚合物微納結(jié)構(gòu)薄膜的方法對半導(dǎo)體材料器件的加工是有很重要的指導(dǎo)意義,而且這種微納受限條件下聚合物的結(jié)晶行為和結(jié)晶機理都值得我們深入探究�；谑覝厝軇┹o助納米壓印技術(shù)對共軛聚合物P3HT薄膜進行納米圖案化構(gòu)筑,并利用原子力顯微鏡(AFM),掃描電子顯微鏡(SEM)對其構(gòu)筑的納米圖案化薄膜和PDMS模板進行形貌表征。實驗證明構(gòu)筑的P3HT納米圖案化薄膜完整地復(fù)制模板信息,構(gòu)筑的納米線條非常規(guī)整,無坍塌殘缺。實驗探究P3HT晶體的形貌時,發(fā)現(xiàn)二硫化碳和氯苯蒸汽輔助構(gòu)筑的P3HT納米圖案化薄膜均存在大量的棒狀晶體;為了進一步研究P3HT納米圖案化薄膜中P3HT分子和晶體取向排列方式,利用上海同步輻射掠入射X射線衍射(GIWAXD)對其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)和分子排列進行探究發(fā)現(xiàn):基于室溫溶劑輔助納米壓印技術(shù)構(gòu)筑的P3HT納米圖案化薄膜,可以誘導(dǎo)P3HT分子和晶體取向排列方式由edge-on向face-on發(fā)生轉(zhuǎn)變,并且納米圖案化薄膜內(nèi)有I晶型和II晶型兩種晶型的face-on分子和晶體取向排列存在。構(gòu)筑的P3HT納米圖案化薄膜中也并存著edge-on和face-on分子和晶體取向排列,其中edge-on取向結(jié)構(gòu)可能是薄膜殘留層的衍射信號,face-on取向結(jié)構(gòu)的形成主要是P3HT晶體在納米受限和蒸汽誘導(dǎo)條件下分子和晶體取向會優(yōu)先排列的原因。在此,又對P3HT納米圖案化薄膜的熱穩(wěn)定性與分子取向排列的關(guān)系進行研究,研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱退火處理時,升溫過程中溫度達到150 o C時,P3HT納米線條完全坍塌趨于平面化,在恢復(fù)到室溫時納米線條沒有恢復(fù)到熱退火之前的形貌。但在整個熱退火過程中僅I晶型的face-on分子和晶體取向排列保存下來,而且衍射信號得到了增強,說明P3HT納米圖案化薄膜由于高溫條件發(fā)生坍塌且無法恢復(fù),薄膜中II晶型的face-on經(jīng)熱退火后轉(zhuǎn)變?yōu)镮晶型的face-on�；赑DMS模板熱壓印技術(shù)成功構(gòu)筑PEO微納結(jié)構(gòu)薄膜,利用原子力顯微鏡的輕敲模式對PEO微納結(jié)構(gòu)薄膜和PDMS模板進行表征,實驗表明:利用PDMS模板熱壓印技術(shù)可以成功構(gòu)筑PEO微納結(jié)構(gòu)薄膜,構(gòu)筑的薄膜不僅面積大,微納結(jié)構(gòu)線條規(guī)整無坍塌,PEO晶體堆積密度高,能精確復(fù)制模板信息。實驗又進一步探究不同濃度下構(gòu)筑的PEO微納結(jié)構(gòu)薄膜的形貌結(jié)構(gòu),實驗表明:當(dāng)PEO濃度較高時構(gòu)筑的PEO微納結(jié)構(gòu)薄膜殘留層太厚會直接影響PEO晶體在微納線條內(nèi)的受限結(jié)晶,PEO薄膜濃度較低時構(gòu)筑的微納結(jié)構(gòu)薄膜不能完整復(fù)制模板信息,只有合適的PEO濃度才能構(gòu)筑合適的微納結(jié)構(gòu)薄膜�？偨Y(jié):通過對聚合物微納結(jié)構(gòu)薄膜的構(gòu)筑,成功誘導(dǎo)P3HT分子和晶體取向排列方式由edge-on向face-on發(fā)生轉(zhuǎn)變,加深了對P3HT分子和晶體取向排列的研究和理解,為以后半導(dǎo)體器件的應(yīng)用和加工提供新的思路和指導(dǎo)。也進一步探究基于PDMS模板微納熱壓印技術(shù)在構(gòu)筑聚合物微納結(jié)構(gòu)薄膜方面的優(yōu)勢。
【學(xué)位單位】：淮北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O631;TB383.2
【部分圖文】：

乎不結(jié)晶或是結(jié)晶極少。當(dāng)膜厚超過 15 nm 時，聚合物的晶粒成長，結(jié)晶速度和結(jié)晶度都大幅度提高，所以，利用旋涂成膜聚合物受限結(jié)晶來改變結(jié)晶差異對聚合物材料總體性能的改變有著重要意義。在后續(xù)研究中 Chan 對聚合物旋涂成膜的薄膜厚度與聚合物晶體的結(jié)晶性取向問題進行了研究[7]。研究發(fā)現(xiàn)隨著旋涂膜厚的遞增，edge-on 分子和晶體取向排列的晶體數(shù)量也隨之遞增，同時研究發(fā)現(xiàn)溫度對結(jié)晶取向也有著重要影響[8]，當(dāng)結(jié)晶溫度很低時聚合物主要采取 edge-on分子和晶體取向排列，當(dāng)結(jié)晶溫度非常高時，則采用 edge-on 和 face-on 共存的分子和晶體取向排列。下圖 1 表示聚合物晶體的不同分子和晶體取向排列結(jié)構(gòu)。上述主要是聚合物在二維受限即利用旋涂的方法讓聚合物形成薄膜來影響其結(jié)晶取向的研究。其實受限結(jié)晶的方法有很多，最近，科學(xué)家把納米壓印的方法與聚合物取向受限結(jié)晶相結(jié)合。納米壓印是把圖案化的模板作為受限條件來構(gòu)筑聚合物圖案化薄膜。

受限條件下聚合物 P3HT 和PEO 微納結(jié)構(gòu)薄膜的構(gòu)筑與表征 第一章 緒論反復(fù)使用，得到的聚合物圖案也非常規(guī)整。納米壓印技術(shù)對構(gòu)筑聚合物圖案化薄膜有著低成本、高分辨的特點[9,18,19]。所以，納米壓印技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用于工業(yè)制造業(yè)。下圖 2，是納米壓印過程。

圖 3 熱壓印技術(shù)流程示意圖在襯底上旋涂聚合物涂層，并且保證涂層的厚度要大于模板的深度，從而保護模板不會在施壓的情況下與基底發(fā)生碰撞破損。把模板放在聚合物薄膜上，然后在模板上施加壓力，同時對基底進行加熱，經(jīng)過一段時間壓印，去模，便得到了圖案化薄膜。一般來說聚合物的熔點和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是在 50-200oC 區(qū)間范圍內(nèi)，所以在納米壓印過程中對聚合物進行加熱時溫度只要高于熔點使聚合物的分子鏈段處于自由狀態(tài)，當(dāng)模板施壓時更容易把聚合物完全填充到微納的模板空隙里。當(dāng)聚合物材料固化后在對其進行脫模，脫模時要注意不能損壞模板，這樣得到的聚合物材料微納圖案才正好是和模板的圖案是互補的。壓印過程中要注意幾點：加熱聚合物所需的溫度不宜太高，溫度過高會氧化分解聚合物分子鏈段。溫度只需把聚合物熔融即可，讓聚合物的分子鏈段完全舒

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本文編號：2819836