基于非传统图案化技术的高分子微纳结构制备与应用

The original purpose of unconventional patterning methods is to substitute classic photolithography, particularly during the end of last century, when people thought photolithography can't break sub-100 nm bottleneck. While photolithography breaks the limitation of itself, and reachs the 22 nm node, unconventional patterning skills begin to adjust itself, from the disposable diagnostic reagent kit made from microfluidic, to flexible optoelectronics devices, the unconventional fabrication methods particular soft lithography re-bloom vigour in the field of functional polymer. The previous studies by the applicant is mainly to develop novel fabrication methods, such as nanotransfer edge printing. This proposal is aimed at functionality of micro- and nanostructures prepared using low-cost and unconventional fabrication methods, such as optoelectronic or biosensing properties. We are not just pursuing the ingenious and novelity of fabrication methods, the elaborate and regular of as-prepared structures, but also obtain great progress in function properties.

非传统图案化技术的发展初衷是为了取代传统的光刻技术，尤其是在二十世纪末期，人们认为昂贵的光刻技术由于光波长的性质很难突破100纳米。近年来随着不断突破自身的限制，光刻技术已经发展到22纳米节点，非传统图案化技术发展的趋势也随之开始了调整，从微流控芯片等可抛弃型试剂盒的制备，到柔性光电子器件的开发，以软刻蚀技术为代表的非传统微纳图案化技术在功能高分子领域重新焕发了生机。申请者前期的主要工作是发展新的微纳加工方法，发明了纳米转移边缘印刷术等一系列新技术；并在此基础上，进行了系列新型功能高分子材料和功能器件的制备。本项目以功能高分子超精细结构的低成本制备为目标，继续探索面向有机光电等应用的非传统微纳加工技术，不仅追求方法的新颖巧妙和微纳结构的精细规整，更要在具体功能上取得较传统加工方法更优异的进步。

共轭高分子晶体在探究共轭高分子本质、调控有机光电器件性能以及发展高分子超导材料等方面有着重要意义。项目执行期间，本研究组主要从事共轭高分子微尺度单晶生长及其结构－性能调控方面的研究，发展出几种极具特色的非传统微纳技术，主要包括：1）选择性接触热化学刻蚀技术：将可以热反应的两种前驱体选择性接触后，通过加热、交联、显影，就可以简单实现百纳米尺度的聚合物、纳米粒子、量子点的精细图案；2）纳米限域原位无溶剂聚合技术：结合选择性接触热化学刻蚀和原位无溶剂聚合可以有效的实现单晶导电聚合物的微纳米阵列的制备；3）微冷壁气相沉积技术：结合冷壁气相沉积和模板辅合成技术可以低成本实现高质量单晶导电聚合物纳米管的制备。在此基础上，利用限域生长首次制备出了单晶聚吡咯纳米阵列，通过系统研究共轭高分子材料结晶形态与性能间的强关联特性，深入认识了离域π键与电子间的相互作用；以此为指导开发出了目前常压下系列π电子超导材料，实验观测到了多种碳材料的超导电性，进而在建立了离域π键－电子关联新体系的同时开辟了高温有机超导研究新途径。研究成果极大地促进了对共轭高分子结晶行为及其本征性能的认识，为通过成分选择与分子设计定制高性能共轭高分子器件提供了指导思想。项目执行期间，发表以本项目作为第一标注的通讯论文10篇（其中大于18.0的5篇）。