以新颖溶剂诱导润湿法所制备之三维团联聚合物纳米结构

团联聚合物具有自组装的特性,可以形成多样化的规则纳米结构,这些特殊结构具有很广泛的应用潜能,例如:纳米光微影、光伏打电池、以及药物传递等,使得此材料无论在学术界还是工业界皆备受瞩目。目前团联聚合物在市面上的应用多以二维纳米结构为主,三维纳米结构的制程开发与优化即成为现阶段的主要研究趋势。最近台湾交通大学由陈俊太教授所领导的研究团队,研发出新颖的溶剂诱导润湿法,成功将团联聚合物导入三维孔洞模板中,并可借由改变溶剂或模板的孔径大小制备出多种不同形貌的三维纳米结构。有别于传统的模板法,溶剂诱导润湿法不但克服了热裂解以及材料形貌控制不易等问题,还可以利用改变润湿时间控制纳米结构的长度。fig for laymans abstract

陈教授团队此次发表的研究,是利用不同孔径的阳极氧化铝模板作为三维孔洞模板,探讨受限效应和溶剂效应对团联聚合物形貌之影响,并研究其结构形成机制。阳极氧化铝模板具有柱状孔洞,故具三维孔洞受限效应,将高分子导入可得三维管状或柱状纳米结构。当团联聚合物受限在三维孔洞模板中,分子链段会经由挤压或拉深的行为以符合孔洞大小。此外,因孔洞模板内壁具有曲率,故可得到不同于平面型模板或薄膜的纳米结构。

经过多次的实验与结构鉴定后,发现在小孔径模板中,孔洞受限效应对纳米结构之影响大于溶剂蒸气效应。在大孔径模板中,纳米结构的形貌改变则是由溶剂蒸气效应所主导。因此可以藉由变换溶剂或使用不同孔径的阳极氧化铝模板制备出螺旋、孔洞、圆形、不规则、或垂直柱状等特殊结构。据陈教授表示,他们此次研究成果的最大突破,在于理清结构形成机制中溶剂蒸气与受限效应之间的关系。此研究成功制备出三维纳米结构,并能借由调控适当参数改变其形貌,未来将尝试利用此技术制备三维大规模阵列,并应用于资料储存与光学器件等产业。

相关论文发表在 Macromolecular Chemistry and Physics(DOI: 10.1002/macp.201600069)上。