Группа исследователей из Университета Нагоя разработала новую стратегию получения полимерных щеток на поверхностях с использованием диблок-сополимеров, состоящих из двух типов элементов, образующих сегрегированные структуры.«Формирование полимерных щеток было обусловлено способностью наших сополимеров разделяться и самоорганизовываться на поверхности основного полимера при соответствующем нагревании», — говорит автор-корреспондент Сусаку Нагано.
Группа впервые синтезировала диблок-сополимеры, содержащие звенья на основе полистирола (PS) и поли (азобензола) (PAz). Блоки PS и PAz обладают разными свойствами, такими как поверхностная энергия и гибкость.
Это вызвало сегрегацию сополимеров на их различные блоки на поверхности подложки из полистирола при отжиге при температуре выше, чем температура стеклования полистирола. Сегрегация была подтверждена измерениями краевого угла, просвечивающей электронной микроскопией и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Исследователи обнаружили, что блоки PAz образуют «кожу» на поверхности PS.
Толщина поверхностного слоя PAz зависит от соотношения двух типов полимерных звеньев в сополимере. В скин-слое основная цепь PAz была сильно вытянутой с образованием полимерной щеточной структуры, что было приписано присутствию объемных азобензольных звеньев PAz.Измерения поглощения в ультрафиолетовой и видимой области показали, что подложка из полистирола предотвращает агрегацию диблок-сополимера во время отжига.
Основные цепи PAz ориентированы горизонтально в пленке только из сополимера. Напротив, нижележащая поверхность PS заставляла основные цепи PAz ориентироваться вертикально по отношению к поверхности. Это связано с тем, что блоки PS диблок-сополимера взаимодействуют с нижележащим слоем PS, что приводит к образованию поверхностного слоя из вертикально ориентированных блоков PAz, организованных в виде плотно упакованных полимерных щеток.
Формирование этой структуры в большей степени было обусловлено более низким поверхностным натяжением блоков ПАз, чем ПС, и способностью блоков ПАз к самосборке.Преимущества этого подхода включают легкое управление толщиной и структурой щетки путем изменения количества и / или типа звеньев в диблок-сополимере и возможность формировать полимерные щетки на гибких подложках.
«Эти организованные полимерные поверхности стабильны на воздухе и должны быть устойчивы к повреждениям», — объясняет ведущий автор Кодзи Мукаи. «Поврежденная поверхность должна иметь возможность самовосстановления путем простого отжига из-за боковой подвижности элементов крепления из полистирола».