通过纳米压印光刻和表面引发的ATRP技术制备粘合聚合物薄膜：垂直排列的柱状结构与静电相互作用的协同效应

《Journal of Polymer Science》：Fabrication of Adhesive Polymer Films via Nanoimprint Lithography and Surface-Initiated ATRP: Synergistic Effect of Vertically Aligned Pillars and Electrostatic Interactions

垂直对齐纳米柱结构聚合物薄膜通过表面引发的原子转移自由基聚合（SI-ATRP）制备，并接枝相反电荷的聚电解质刷（聚MTAC和聚SPMK）。湿润环境下，纳米柱表面与相反电荷聚电解质刷协同作用显著增强界面粘附强度，达120±20 N/cm2，比光滑薄膜高一个数量级，而未接枝的纳米柱薄膜无粘附。

　　

摘要

垂直排列的纳米柱结构通过结合表面形态和化学功能，为增强界面粘附性提供了独特的机会。在此，我们报道了通过表面引发的原子转移自由基聚合（SI-ATRP）技术制备了具有纳米柱阵列的层次结构聚合物薄膜，这些纳米柱阵列上接枝了带有相反电荷的聚合物刷。在硅基底上纳米印制了一种含有光交联性肉桂酰基团和ATRP引发位点的共聚物，以形成纳米柱薄膜，随后通过光交联进行稳定处理。使用SI-ATRP技术，从纳米柱表面选择性接枝了带正电的聚(2-(甲基丙烯酰氧)乙基三甲基铵氯化物)（poly(MTAC)和带负电的聚(3-磺丙基甲基丙烯酸钾)（poly(SPMK)。当带有相反电荷的纳米柱薄膜在少量水存在下接触时，由于接枝聚合物之间的静电相互作用，实现了强粘附。拉剪测试显示其粘附强度为120 ± 20 N cm^?2，这比类似接枝的平滑薄膜高出一个数量级以上，尽管它们的表面电荷密度相当。相比之下，未接枝的纳米柱薄膜没有表现出粘附性。这些结果表明，SI-ATRP衍生的聚电解质刷与纳米柱表面结构的协同组合能够实现高效的粘附界面，为设计先进的功能性粘合材料提供了一种多功能策略。

图形摘要

通过纳米印迹光刻技术结合表面引发的ATRP技术，制备了带有相反电荷聚电解质刷的垂直排列聚合物纳米柱薄膜。只有当纳米柱形态和静电相互作用同时存在时，湿粘附性才能显著增强，从而使得剪切强度比化学性质相同的平滑薄膜高出一个数量级以上。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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