PDF《自组装膜及图案化》

[ 研究简报] 聚乙烯醇缩甲酰苯基-乙烯基吡啶 盐的 自组装膜及图案化 王洋, 张茂峰, 李琪, 曹维孝 ( 北京大学化学与分子工程学院, 北京 100871) 关键词 聚乙烯醇缩 4- [ 2-4-甲酰苯基] 乙烯基吡啶 盐;

自组装膜;

[ 2+ 2] 光加成反应;

图案化 中图分类号 O631 文献标识码 A 文章编号 0251-0790( 2004) 10-1975-

03 收稿日期: 2003-11-24.

基金项目: 国家自然科学基金( 批准号: 50173002, 20274002) 资助. 联系人简介: 曹维孝(

1935 年出生) , 男, 教授, 博士生导师, 从事高分子合成化学研究. E-mail: w xcao@ pku. edu. cn

1991 年发展起来的层层自组装( SA ) 是一种继 Langmuir- Blodgett ( LB) 制膜技术之后的又一种以 分子级控制的制备超薄膜的方法 [ 1, 2] . 虽然 SA 方法比 LB 膜技术 [ 3] 晚了半个多世纪, 但由于方法简单, 不需专用设备;

通常在水溶液中进行, 对环境友好;

对承受膜的物件形状和基材无严格限制等优点, 十多年来一直受到关注[ 4] . SA 膜虽比 LB 膜稳定, 但其层层间的离子键或氢键, 仍不足以经受极性溶 剂等的浸蚀, 使其应用受到很大限制. 稳定SA 膜的方法之一是使组装膜的弱键转变为共价键. 我们曾以感光性重氮树脂为

1 个组分进 行自组装, 通过光照制备了多种稳定的自组装膜[ 5, 6] . 本文报道以聚乙烯醇缩甲酰苯基-乙烯基吡啶 盐( PVA-FEP) 为一个组分的自组装膜及其图案化. 有关 PVA-FEP 的自组装膜和图像方面的研究尚 未见文献报道.

1 实验部分 1.

1 聚乙烯醇缩甲酰苯基-乙烯基吡啶 盐( PVA-FEP) 的制备 参照文献[ 7] 方法制备 PVA-FEP: 先制备 4-乙烯基吡啶苯甲醛, 再与硫酸二甲酯反应得到 4-乙烯基吡啶 盐苯甲醛( FEP) , 将FEP 与聚 乙烯醇缩合得到聚乙烯醇缩甲酰苯基-乙烯基吡啶 盐( PVA-FEP) . 反应方程式如下: 所用的聚乙烯醇的平均聚合度为 500, 水解度为 88% . 三步反应的产率分别为 56. 0%, 65. 5% 和95%. 由元素分析数据计算缩醛度为 60% . 1.

2 自组装 将石英片( 或硅片) 置于在体积分数为 30% 的双氧水-浓硫酸( 体积比 3∶7) 中, 于70 ℃ 加热

30 min, 洗净, 晾干后浸入阳离子聚电解质PVA-FEP(

2 mg/ mL) 的水溶液5 min, 取出后充分水 洗, 晾干;

再浸入阴离子聚电解质多聚磷酸( Acros,

2 mg/ mL) 或四磺酸基卟啉( 自制, 0.

5 mg/ mL) 的 水溶液( pH= 6~7) 中,

5 min 后取出, 水洗, 晾干. 每一操作循环均在室温, 避光下进行, 在石英片的 Vol.

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4 年10 月CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE U NIVE RSIT IES 1975~1977 正、 反面( 或在硅片的正面) 各形成一个自组装层. 用UV-Vis 光谱检测组装膜的吸收. 1.

3 图像化 在硅片上组装

6 层PVA-FEP 与负离子聚电解质( 如多聚磷酸或四磺酸基卟啉) 的膜, 在掩膜( mask ) 下进行选择性曝光( 用80 W 紫外灯于

50 cm 处照射

3 min) , 再用十二烷基硫酸钠 ( SDS) 的饱和溶液显影( ~25 ℃,

10 min) . 未曝光部分被洗脱, 曝光部分形成图像.

2 结果与讨论 2.

1 自组装 PVA -FEP 作为正离子聚电解质, 可以和各种负离子聚电解质或多电荷水溶性小分子进 行层层自组装. 图1和图

2 分别为 PVA-FEP(

2 mg/ mL) 与多聚磷酸(

2 mg/ mL) 和四磺酸基卟啉( 自制, 0.

5 mg/ mL) 自组装膜的 UV-Vis 光谱. 在图

1 中,

330 nm 是PVA-FEP 分子的 - * 特征吸收, 组装过程中