一种易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种新型的使用易去除表面调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的 方法，属于材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 光刻技术是数字化时代的关键技术，数以百万计规整性图案可以在单个芯片上制 造。但随着装置的尺寸规模变得越来越小，传统光刻技术变得越来越困难。我们需要新的 材料来满足生产上的需要。因此，为了实现更高密度的电路，存储设备设备，将嵌段共聚物 的引导组装融合到传统的光刻工艺中得到了广泛的重视。
[0003] 薄膜上的嵌段共聚物（BCPs)的取向定向由于其潜在的应用价值已经引起了研宄 者浓厚的兴趣，它可以应用于纳米尺寸材料、纳米多孔薄膜、有机光电材料及下一代光刻技 术。由于BCPs中各组分的不相溶性，BCPs组成的薄膜能够自组装成高度有序的状态，通过 自组装而得到的形态，可以实现先进微电子的定向排列。然而要实现BCPs的精准定向排 列，就得精准控制聚合物的形态、界面能的变化以及基底性质。现在有许多的方法可以获得 取向定向排列的长尺寸嵌段共聚物薄膜，例如外磁场作用、修饰基底、利用剪切作用及溶剂 退火等方法。相比于以上几种方法，添加表面涂层的方法更加适用于纳米制造的工业化生 产，传统的表面涂层需要精确的控制嵌段共聚物中的各个组成部分以控制基底、界面的表 面能变化，这种涂层对嵌段共聚物的组成要求严格，且难以合成。
[0004] 液晶嵌段共聚物（LC BCPs)有着独特的机械性能、自组装、光学和流变学特性。其 有嵌段共聚物的微相分离和液晶的有序排列，LC BCPs微相分离后的有序排列可以通过光 诱导、剪切作用、机械摩擦、凹槽引导等方法得到，众所周知，在表面能及液晶基元自身的取 向的作用下，小分子的液晶基元在空气中以垂直基底的方式排列。并且在热退火的过程中， 液晶基元的自身取向行为能够促进聚合物在基底表面的微相分离。
[0005] 基于以上研宄，本发明利用了一种易去除表面涂层，并在液晶基元的锚定作用下 实现了液晶嵌段共聚物薄膜畴区从垂直表面到平行表面的取向调控。这种体系避免了复 杂的合成过程，无需调节表面涂层的极性性质以及表面涂层与嵌段共聚物之间的界面能变 化，相比于其他涂层的嵌段共聚物，本发明的表面涂层具有易除去的特性，能够很直观的观 察薄膜的表面形态。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种表面涂层易去除，并在液晶基元的锚定作用下能够实 现液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的调控的液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法。
[0007] 本发明实现上述目的的技术方案为：
[0008] 一种易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，包括如下步骤：
[0009] (1)将液晶嵌段共聚物溶于氯苯中，再将该嵌段共聚物溶液旋涂得到液晶嵌段共 聚物薄膜；
[0010] (2)待溶剂完全挥发后，在液晶嵌段共聚物薄膜表面旋涂表面涂层；
[0011] (3)进行热退火，退火完成后降温即得具有易去除涂层的液晶嵌段共聚物薄膜。
[0012] 进一步，所述的液晶嵌段共聚物的结构如式I所示
【主权项】
1. 一种易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特征在于包括如下步 骤： (1) 将液晶嵌段共聚物溶于氯苯中，再将该嵌段共聚物溶液旋涂得到液晶嵌段共聚物 薄膜； (2) 待溶剂完全挥发后，再在液晶嵌段共聚物薄膜表面旋涂表面涂层； (3) 进行热退火，退火完成后降温即得具有易去除涂层的液晶嵌段共聚物薄膜。
2. 根据权利要求1所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特 征在于：所述的液晶嵌段共聚物的结构如式I所示
-?一表示式II中所含液晶基元中的一种或多种
A表示式III中的一种或者多种
B表示式IV中的一种或者多种
所述的液晶嵌段共聚物的制备方法是： (a)合成如式V所示的含有双键的液晶单体
其中，一表示式II中所示液晶基元中的一种或多种， RpR2是氢、烷基或烷氧基中的一种， E是烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种或它们的同系物或异构体中的一种， n= 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16 ; (b) 利用活性聚合的方法，选用引发剂和链转移剂，在20-KKTC下将上述式III中的单 体进行聚合，得到聚合物A，如式VI所示
(c) 以聚合物A作为大分子链转移剂或大分子引发剂，利用活性聚合的方法，选用引发 剂或配体，与含式II所示的液晶基元的单体进行反应，得到所述式I所示液晶嵌段共聚物。
3. 根据权利要求1或2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法， 其特征在于：所述的表面涂层的成分为聚丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺中的一种 或多种。
4. 根据权利要求2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特 征在于：所述的活性聚合的方法为可逆加成-断裂链转移聚合或原子转移自由基聚合或氮 氧自由基聚合。
5. 根据权利要求2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特 征在于：所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或者含-Br引发剂。
6. 根据权利要求2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特 征在于：所述的链转移剂为过硫化双苯甲硫酰。
7. 根据权利要求2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特 征在于：所述的链转移剂为N-甲基吡咯烷酮。
8. 根据权利要求2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特 征在于：所述的配体为五甲基二乙烯三胺或2, 2-联吡啶。
9. 根据权利要求2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法，其特 征在于：所述步骤（c)中，含液晶基元单体的质量为嵌段共聚物总质量的0. 2-0. 8倍。
10. 根据权利要求1或2所述的易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法， 其特征在于：所述步骤（3)的热退火温度为100-200°C，时间为1-48小时；所述步骤（3)的 降温速率为1-10°C/min。
【专利摘要】本发明公开了一种易去除涂层调控液晶嵌段共聚物薄膜畴区取向的方法。首先将含液晶基团的液晶单体与大分子引发剂或大分子链转移剂进行活性自由基聚合，得液晶嵌段共聚物，利用匀胶机将该嵌段聚合物均匀旋涂在硅片表面，再在聚合物表面旋涂表面涂层，进行热退火，即得具有易去除涂层的嵌段共聚物薄膜。本发明使用简单有效的方式，比较容易的实现了嵌段共聚物畴区的取向调控，通过涂覆表面涂层即可实现嵌段共聚物薄膜的畴区取向调控，且所使用的表面涂层能够在嵌段共聚物畴区取向改变后易于去除，去除表面涂层后，仍然能稳定保持这种取向改变，操作非常简单，条件易于控制，为今后纳米制造的工业化生产提供了一个简捷的途径。
【IPC分类】C08J5-18, C08L53-00, C08F293-00, C08J7-04, C08J7-00
【公开号】CN104693466
【申请号】CN201510060002
【发明人】谢鹤楼, 倪彬, 唐军, 李·保罗, 张海良, 钟冠群
【申请人】湘潭大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月5日