原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）在多功能硅（100）表面改性材料制備中的應用.pdf

1、高分子用于對硅片表面進行功能化修飾與改性是一個巨大的資源，充分利用有機化學、金屬有機化學和高分子化學的鍵合手段，一方面保持硅片基體與修飾分子的良好接觸與穩(wěn)定接合，另一方面可表現(xiàn)出比Si-H表面更穩(wěn)定更豐富的光電物理化學行為，為材料學、微電子學、化學、生物化學、生命科學和納米技術等前沿科學研究領域，開辟出更加廣闊的應用前景?；谶@樣的背景，利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)手段提供了一種合成結構可控、且易于功能化共聚物的有效方法，通過分子

2、設計制得多種具有不同拓撲結構(線型，梳狀，刷狀，星型，樹枝狀，超支化大分子等)，合成分子量、大分子結構可控的具有一定表面物理與化學特性的均聚物與共聚物，將聚合物所具有的優(yōu)點：電絕緣性、親水性或憎水性、生物相容性、具有優(yōu)良的性能價格比等全部發(fā)揮出來與硅材料的半導體特性結合起來，以共價鍵的方式，直接從硅片表面長出聚合刷，從而實現(xiàn)對硅片表面進行直接有效的改性與修飾。 具體研究內(nèi)容摘要如下：1．硅片表面引發(fā)劑單分子層的植入，以UV輻照、

3、有機合成反應和表面引發(fā)的ATRP為手段，在Si-H表面以共價鍵鍵合的方式，制備了多種具備表面引發(fā)功能的硅表面：Si-VBC、Si-TVPBA-R3Br、Si-VBC-g-P(HEMA)-R3Br和Si-TVPBA-g-P(HEMA)-R3Br等，實驗結果證明，這些植入引發(fā)劑的表面均有良好引發(fā)ATRP過程的能力。 2．選擇進行ATRP的單體分別為：苯乙烯、2一羥乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)，聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和2,

4、2,3,3,4,4,4-七氟代丁基丙烯酸酯(HFBA)，利用ATRP方法提供了一種合成結構可控、且易于功能化共聚物的有效方法，通過分子設計制得多種具有不同拓撲結構的以共價鍵鍵合于硅片表面的聚合物及嵌段共聚物。其結構為兩親性硅片表面：Si-VBC-g-P(HEMA)-g-PS-b-P(PEGMA)、Si-VBC-g-P(HEMA)-g-P(HFBA)-b-P(PEGMA)、Si-VBC-g-P(PEGMA)-b-P(HEMA)-g-P(H

5、FBA)和Si-VBC-g-P(HFBA)．b-P(HEMA)-g-P(PEGMA)表面；星型的親水性硅片表面：Si-TVPBA-g-P(PEGMA)和Si-TVPBA-g-P(HEMA)-g-P(PEGMA)表面。 3．硅片表面進行ATRP改性過程各階段的物性研究和動力學研究，其中包括接枝聚合物與共聚物的厚度、靜態(tài)水接觸角和表面密度；單體HEMA、PS、PEGMA和HFBA進行ATRP時厚度增長與反應時間的關系，表面引發(fā)這些單

6、體發(fā)生ATRP使硅片表面聚合物的厚度增加與聚合反應的時間呈線性相關，表明ATRP接枝聚合物的鏈增長是在“活性”和“可控”條件下進行的。 4．對硅片表面改性各階段的物性與化學結構進行了表征，使用橢偏儀測定膜厚，光學接觸角儀測定靜態(tài)水接觸角，全反射傅立葉轉(zhuǎn)換紅外(ATR-FTIR)和光電子能譜(XPS)對化學結構進行表征，原子力顯微鏡(AFM)觀測表面形貌。 5．考察了兩親性的樹狀嵌段共聚物表面Si-VBC-g-P(PEGM

7、A)．b-P(HEMA)-g-P(HFBA)和Si-VBC-g-P(HFBA)-b-P(HEMA)-g-P(PEGMA)表面顯示的溶劑依賴性，AFM圖像不僅揭示了硅片改性各步中硅片形貌的變化規(guī)律，而且顯示了兩種結構兩親性樹狀嵌段共聚物表面隨不同溶劑作用時形貌的變化，當用表層嵌段的不良溶劑處理表面時，觀察到了表面重排現(xiàn)象和釘狀微束的形成，以實驗事實為依據(jù)，提出了釘狀微束形成的半埋式模型，并進一步用XPS測定了釘狀微束形成前后，硅片表面化學