基于嵌段共聚物自组装的多尺度分级有序三维结构

Metamaterials are artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, such as negative refractive index, negative Doppler shift and negative Cherenkov radiation. Metamaterials usually gain their properties from multiscale and ordered structure rather than composition, using small inhomogeneities to create effective macroscopic behavior. So far, the fabrication of metamaterials has been limited by the expensive, low-throughput conventional semiconductor micromachining techniques such as electron-beam lithography. Here we propose to construct the multiscale and three-dimensional ordered structures by combining block copolymer self-assembly and colloidal sphere self-assembly. Complex metallo-dielectric or semiconductor-dielectric artificial materials may be resulted from these structures, leading to the realization of metamaterials. The implementation of the project is helpful to gain a better understanding on the micro-phase separation of block copolymer under complex confined systems. Furthermore, it may also open a new aproach to the fabrication of metamaterials in an economic way.

超材料(Metamaterials)是指一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质(例如负折射率、常温超导特性等)的材料系统。超材料的超常物理性质主要来源于其人工结构中多个层次上有序结构的设计及每个层次上关键物理尺寸的调控。超材料的传统制备方法主要依赖于设备昂贵的半导体微细加工设备，成本高，产出低，并且由于超材料的结构单元尺度要求小于与其作用的电磁波长，这已经触及目前常规半导体纳米加工技术的极限，因而严重制约了超材料的发展。本项目将嵌段共聚物自组装与胶体微纳米球自组装两种"自下而上"的方法巧妙结合起来，构筑多层次多尺度的有序三维结构。在此基础上，构建介质与贵金属或半导体材料的更丰富的复杂人工结构，有望实现超材料的功能。项目的实施有助于更深层次地理解嵌段共聚物在复杂系统里的自组装行为，有望开辟一种经济、简单、高效的、具有我国自主知识产权的超材料人工结构加工新方法。

超材料(Metamaterials)是指一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质(例如负折射率、常温超导特性等)的材料系统。超材料的超常物理性质主要来源于其人工结构中多个层次上有序结构的设计及每个层次上关键物理尺寸的调控。超材料的传统制备方法主要依赖于设备昂贵的半导体微细加工设备，成本高，产出低，并且由于超材料的结构单元尺度要求小于与其作用的电磁波长，这已经触及目前常规半导体纳米加工技术的极限，因而严重制约了超材料的发展。本项目通过结合嵌段共聚物自组装与胶体微纳米球自组装两种"自下而上"的方法，构筑多层次多尺度的有序三维结构，探索其人工结构在超材料领域的应用。项目的实施有助于更深层次地理解嵌段共聚物在复杂系统里的自组装行为，有望开辟一种经济、简单、高效的、具有我国自主知识产权的超材料人工结构加工新方法。