[发明专利]一种纳米级图案化的二元聚合物刷的制备方法

权利要求书

1.一种纳米级图案化二元聚合物刷的制备方法，包括下述步骤：

1)在具有亲水性表面的硅基片或石英基片上旋涂纳米胶体球悬浮液，自组装得到六方堆积的纳米胶体球阵列图案；然后采用溅射镀膜的方法在图案化的基片上依次沉积Cr镀层、Au镀层，再除去所述纳米胶体球，在基片上得到表面成分为金和硅，或金和二氧化硅组成的纳米孔阵列图案的样品；

2)将步骤1)得到的样品置于11-巯基十一醇的甲醇或乙醇溶液中进行反应，记为反应1，使金表面接枝上末端带羟基的硫醇自组装膜；然后将处理后的样品置于有机溶剂A中，再向所述有机溶剂A中加入引发剂和催化剂进行反应2，得到金表面接枝引发剂的基片；所述有机溶剂A为二氯甲烷或环己烷，所述引发剂为2-溴代异丁酰溴，所述催化剂为吡啶或三乙胺；

3)将聚合物单体A、催化剂A和配体A溶于溶剂B中，得到混合溶液A；在隔绝氧气的条件下，将步骤2)得到的金表面接枝引发剂的基片置于所述混合溶液A中进行原子转移自由基聚合反应，得到一元聚合物刷；其中，所述聚合物单体A选自下述任意一种：丙烯酰胺，异丙基丙烯酰胺，2-(二甲基胺基)乙基甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，所述催化剂A为氯化亚铜或溴化亚铜，所述配体A为HMTETA或PMDETA，所述溶剂B为1)体积比为(1-3)∶1的甲醇与水的混合溶剂，或2)体积比为(1-3)∶1的异丙醇与水的混合溶剂；

4)将步骤3)得到的一元聚合物刷放入NaN₃的二甲基甲酰胺溶液中反应，使所述一元聚合物刷表面上作为引发剂的溴原子被叠氮基团取代；

5)将步骤4)处理后的基片置于引发剂2-溴-2甲基-N-(3-(三甲氧基硅)丙基)丙酰胺的有机溶剂C溶液中进行反应，使所述引发剂2-溴-2甲基-N-(3-(三甲氧基硅)丙基)丙酰胺接枝在基片上未被所述一元聚合物刷覆盖的位置；其中，所述有机溶剂C为环己烷、甲苯或乙醇；

6)将聚合物单体B、催化剂B和配体B溶于溶剂D中，得到混合溶液B；在隔绝氧气的条件下，将步骤5)处理后的基片置于所述混合溶液B中进行原子转移自由基聚合反应，得到纳米级图案化二元聚合物刷；其中，所述聚合物单体B选自下述任意一种：丙烯酰胺，异丙基丙烯酰胺，2-(二甲基胺基)乙基甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，但聚合物单体B与所述聚合物单体A为不同的单体；所述催化剂B为氯化亚铜或溴化亚铜；所述配体B为HMTETA或PMDETA；所述溶剂D为1)体积比为(1-3)∶1的甲醇与水的混合溶剂，或2)体积比为(1-3)∶1的异丙醇与水的混合溶剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述纳米胶体球的粒径为100-1000nm；所述纳米胶体球为聚苯乙烯纳米球，所述纳米胶体球悬浮液中纳米胶体球的质量浓度为1％-10％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述Cr镀层的厚度为2～10nm；所述Au镀层的厚度为10～20nm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述具有亲水性表面的硅基片或石英基片是按照下述方法制备得到的：将硅基片或石英基片放入浓硫酸和双氧水的混合溶液中，在80-150℃下处理1-2h，得到表面亲水的硅基片或石英基片；所述浓硫酸的质量浓度为98％，所述双氧水的质量浓度为30％，所述混合溶液中浓硫酸与双氧水的体积比为7∶3-2∶1。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述11-巯基十一醇的甲醇或乙醇溶液中11-巯基十一醇的浓度为1-10mM，所述反应1的反应时间为12-24h；

所述反应2的反应体系中，所述有机溶剂A、引发剂和催化剂的配比依次为(10-20)ml∶(20-200)μL∶(10-100)μL，优选配比为(10-20)ml∶(100-200)μL∶(50-100)μL；所述反应2的反应温度为0℃-10℃，反应时间为10-30min。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：步骤3)中所述混合溶液A中聚合物单体A、催化剂A、配体A和溶剂B的配比依次为(0.5-5)g∶(5-40)mg∶(20-200)μl∶(5-20)ml，优选配比为(0.5-2)g∶(10-40)mg∶(100-200)μl∶(5-10)ml。