[发明专利]一种磁铁定向控制嵌段共聚物自组装的方法

说明书

本发明属于高分子纳米材料技术领域，具体为一种磁铁定向控制嵌段共聚物自组装的方法。本发明以带叔胺基侧基两嵌段共聚物为基础，通过与顺磁性离子配合作用得到具有磁响应性的嵌段共聚物，所述嵌段共聚物永磁铁控制下自组装，获得长程有序的纳米阵列结构；所述顺磁性嵌段共聚物可以通过改变磁场的方向实现精准的定向自组装，通过溶剂蒸汽的溶胀作用，分子链沿着磁力方向重排，得到整块材料尺度上的各向异性有序纳米分相结构。本发明方法简单、有效、适用范围广，摆脱了嵌段共聚物磁场控制方法通常所需高强度电磁场的依赖性，可用于高度有序有机纳米结构材料的制备。

技术领域

本发明属于高分子纳米材料技术领域，具体涉及磁铁定向控制嵌段共聚物自组装的方法。

背景技术

嵌段共聚物长期以来都是有机材料和纳米技术方面的研究热点。含有热力学不相容链段的嵌段共聚物在混合熵的驱动下可发生微相分离，这种相分离过程被称为嵌段共聚物的自组装。嵌段共聚物通过自组装形成各种各样纳米尺度上的有序结构，这种有序结构在纳米光刻、纳米图案以及模板化技术方面有着重要的应用价值。高度有序的相分离结构的获取是当前嵌段共聚物自组装研究领域的重要问题，为了获得精准可控的长程有序排列结构，除了考虑嵌段间的相互作用还需采取外界条件控制。为此涌现出众多控制手段，如基底刻蚀、电极化诱导、模板法等，与这些方法相比磁场诱导具有可定向性且不与物质发生直接接触等优点，然而在为数不多的有关刺响应的嵌段共聚物报道中，都需要依赖大型高功率的电磁设备的辅助。如果能够提高嵌段共聚物的磁响应性，实现磁铁控制的长程有序的定向可控自组装，降低对强场的依赖和成本，对于推动有关聚合物纳米技术的发展具有重大的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种顺磁性两嵌段共聚物材料的制备以及磁铁定向调控分相结构长程有序排列的方法。

本发明将可逆的顺磁性复合作用引入到两嵌段共聚物上，在磁场作用下调控其自组装行为。与常见的电磁场控制不同，本发明利用钕铁硼永磁铁的定向磁力作用来调控嵌段共聚物分子链在组装过程的取向排列，使其分相结构在整块材料尺度范围表现为单一取向高度有序排列，本发明为高度有序的有机纳米阵列结构制备提供了简单适用的操作方法。

本发明涉及磁铁定向控制嵌段共聚物，分子结构式如通式（Ⅰ）所示：

通式（Ⅰ）中，X为Cl、Br、I等卤族元素，Y包括但不局限于烷基侧基和（或）苯环及苯环衍生物，侧基碳原子数n范围在0~8，各位点碳原子数n可相同可不同，重复单元数目a、b范围为50~200。

本发明提供的磁铁定向控制嵌段共聚物自组装的方法，具体步骤如下：

（一）具有高灵敏磁响应性顺磁性两嵌段共聚物材料的合成，其流程为：

（1）采用可逆加成-断裂链转移聚合方法，制备聚苯乙烯RAFT链段，和聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸氨基酯两嵌段共聚物，记为共聚物A；

（2）再将共聚物A通过季胺化，三价铁离子静电络合的方式，制备得顺磁性两嵌段共聚物，记为共聚物B。

较佳的，所述共聚物A的重均分子量为1 ~6万；更佳的，为2 ~4万。

较佳的，所述共聚物A的分子量分布PDI为1.0~1.4；更佳的，为1.0~1.2。

较佳的，所述共聚物B的侧基铁离子络合百分比为50~90%，更佳的，为65~85%。

（二）顺磁性两嵌段共聚物的定向自组装排列，其流程为：

（1）将共聚物B均匀溶解于有机溶液中，配置成组装液；

（2）将组装液在薄片基底进行涂膜，形成薄膜材料；