《Polymer》：Molecular Architecture Engineering of Oligo(dimethylsiloxane) Functionalized Giant Surfactants for Self-Assembled Sub-10 nm Nanostructures
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巨表面活性剂通过调控聚苯乙烯尾链和 POSS笼的配体长度，实现了分子自组装制备亚10纳米纳米结构。研究揭示了聚苯乙烯体积分数0.75-0.80时层状-六方柱状相变机制，并成功通过旋涂和反应离子刻蚀制备出亚10纳米有序线阵图案。
Jingyuan Tang|Zhan Ma|Genyou Shi|Weiyi Li|Xiaoyi Kuang|Han Hao|Yuzhi Li|Baixuan Deng|Xiang Liu|Haoliu Chen|Yangyi Shi|Xiao-Yun Yan|Qing-Yun Guo|Xing-Han Li|Huanyu Lei|Xue-Hui Dong|Stephen Z.D. Cheng
华南理工大学新兴软物质学院，中国广州 510640
摘要
我们开发了一种含有多面体寡聚硅氧烷（POSS）笼结构和可定制聚苯乙烯（PS）尾部的巨型表面活性剂，通过分子自组装实现了亚10纳米级的纳米结构。我们通过用寡二甲基硅氧烷（oDMS）配体对POSS笼结构进行功能化，设计了一系列巨型表面活性剂。系统地合成了不同的分子结构，包括oDMS配体的长度、PS链的数量和分子量，以精确控制自组装纳米结构的临界尺寸。通过改变这些结构参数，观察到了从层状结构到六角柱状结构的相变。值得注意的是，六角柱状结构在直接自组装技术中具有实际应用价值。此外，还通过旋涂和反应离子刻蚀成功制备了高度有序的亚10纳米级线状图案，为先进纳米光刻技术提供了分子设计策略。这项研究不仅扩展了巨型表面活性剂的结构设计，还展示了其在纳米制造领域的广泛应用前景。
章节摘录
引言
光刻作为一种自上而下的方法，在半导体制造中起着至关重要的作用，其精度直接决定了芯片的性能；而定向自组装（DSA）则被视为一种补充技术。与传统自上而下的方法不同，DSA利用其独特的自下而上的制造机制，使得关键尺寸能够更经济高效地缩小到亚20纳米级别。
分子设计与精准合成
我们系统地设计并合成了一系列经过oDMS功能化的巨型表面活性剂。巨型表面活性剂的合成路线详细信息见支持材料（SP）。首先，通过阴离子聚合制备了不同分子量的PS链，并根据Meijer的方法合成了oDMS配体；随后通过铜催化的叠氮-炔环加成反应将乙烯基多面体寡聚硅氧烷（VPOSS）笼结构连接到PS链上。
结论
总之，我们通过系统调节PS尾部的分子量、oDMS功能化POSS头基的配体长度以及PS链的数量，开发了几种巨型表面活性剂。通过分子设计和拓扑修饰（特别是引入第二条PS链），我们实现了对自组装行为的精确控制。SAXD结果显示，在PS体积分数（fPS）约为0.75至0.80的范围内，明显观察到了从层状（LAM）到六角柱状（HEX）的相变。
作者贡献声明
Weiyi Li：撰写、审稿与编辑、实验研究、数据分析。Huanyu Lei：撰写、审稿与编辑、项目管理、资金筹集、概念构思。Xiaoyi Kuang：撰写、审稿与编辑。Xue-Hui Dong：项目管理、资金筹集、数据管理。Stephen Cheng：撰写、审稿与编辑、项目管理、资金筹集、概念构思。Yuzhi Li：资源协调。Baixuan Deng：撰写、审稿与编辑。Xiang Liu：撰写、审稿与编辑。
相关内容
实验材料、各化合物的合成方法、样品制备以及巨型表面活性剂的表征细节（包括NMR、GPC、DSC、SAXD和TEM等分析）。
注意事项
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
我们感谢Tao Wen教授、Jinlin He、Rui Zhang、Jiajia Zhou在讨论中提供的帮助。同时感谢Xing Jiang教授、Zhao Wu教授、Zhanhui Gan博士、Jinming Liu、Xiangyou Dong、Weiqiao Lan、Wenhao Cui和Junlin Lai在提供资源、测试设备或技术支持方面的协助。本研究得到了广东省功能与智能混合材料及器件重点实验室（项目编号2019B121203003）和第75届中国博士后科学基金（项目编号2024M750939）的支持。
