嵌段共聚物自组装形成的薄膜在许多工业领域上都有着潜在的应用前景。其中,人们特别关注使用嵌段共聚物自组装形成大面积的10-100纳米的有序结构,这种方法得到薄膜具有很好地分辨率、功能性和可扩展性,因此有望突破传统光刻技术的局限性。但是,通常通过自组装形成的薄膜缺乏取向的长程有序性,并且在大面积下,薄膜存在较高的缺陷密度。
定向自组装技术(DSA),包括制图外延法、表面化学图案法和激光辅助图案法,在得到具有有序纳米结构的嵌段共聚物的研究上取得了里程碑式的进展。然而,DSA需要较多的步骤,因而限制了它的工业应用。另外,降低使用DSA制备的纳米图案中的缺陷使其具有实用价值(比如降低到1 ea/cm2)仍有待实验的证明。
来自蔚山科学技术院的So Youn Kim教授、全南大学的Su-Mi Hur和韩国科学技术院的Seok Joon Kwon教授合作提出了一种新的实验方法,使用这种方法,作者可以在厘米级的区域内得到有序取向的嵌段共聚物自组装薄膜,仅仅经过15分钟的溶剂退火后,缺陷密度可以降低至1.37 ea/μm2左右。相关工作以“Shear-solvo defect annihilation of diblock copolymer thin films over a large area”为题发表在《Science》子刊《Science Advances》上。
作者所使用的方法如图1所示:首先使用机械剪切力诱导嵌段共聚物发生取向,剪切力能够诱导嵌段共聚物发生宏观有序地排列;然后使用溶剂蒸汽进行退火,溶剂退火可以在不破坏剪切诱导的长程有序性的基础上消除微观的缺陷。作者称这个方法为shear-solvo退火,或SS退火。