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(yīng)用.pdf

1、高分子用于對(duì)硅片表面進(jìn)行功能化修飾與改性是一個(gè)巨大的資源，充分利用有機(jī)化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)和高分子化學(xué)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(xué)行為，為材料學(xué)、微電子學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、生命科學(xué)和納米技術(shù)等前沿科學(xué)研究領(lǐng)域，開(kāi)辟出更加廣闊的應(yīng)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(jié)構(gòu)可控、且易于功能化共聚物的有效方法，通過(guò)分子

2、設(shè)計(jì)制得多種具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)可控的具有一定表面物理與化學(xué)特性的均聚物與共聚物，將聚合物所具有的優(yōu)點(diǎn)：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(jià)格比等全部發(fā)揮出來(lái)與硅材料的半導(dǎo)體特性結(jié)合起來(lái)，以共價(jià)鍵的方式，直接從硅片表面長(zhǎng)出聚合刷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片表面進(jìn)行直接有效的改性與修飾。 具體研究?jī)?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(jī)合成反應(yīng)和表面引發(fā)的ATRP為手段，在Si-H表面以共價(jià)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(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這些植入引發(fā)劑的表面均有良好引發(fā)ATRP過(guò)程的能力。 2．選擇進(jìn)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(jié)構(gòu)可控、且易于功能化共聚物的有效方法，通過(guò)分子設(shè)計(jì)制得多種具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以共價(jià)鍵鍵合于硅片表面的聚合物及嵌段共聚物。其結(jié)構(gòu)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(jìn)行ATRP改性過(guò)程各階段的物性研究和動(dòng)力學(xué)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(jìn)行ATRP時(shí)厚度增長(zhǎng)與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)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(yīng)的時(shí)間呈線性相關(guān)，表明ATRP接枝聚合物的鏈增長(zhǎng)是在“活性”和“可控”條件下進(jìn)行的。 4．對(duì)硅片表面改性各階段的物性與化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，使用橢偏儀測(cè)定膜厚，光學(xué)接觸角儀測(cè)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(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，原子力顯微鏡(AFM)觀測(cè)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(jié)構(gòu)兩親性樹狀嵌段共聚物表面隨不同溶劑作用時(shí)形貌的變化，當(dāng)用表層嵌段的不良溶劑處理表面時(shí)，觀察到了表面重排現(xiàn)象和釘狀微束的形成，以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，提出了釘狀微束形成的半埋式模型，并進(jìn)一步用XPS測(cè)定了釘狀微束形成前后，硅片表面化學(xué)