Micro- and nanophase separated tubes and rods by melt-infiltration of block copolymers into inorganic nanopores

Abstract

Durch Kombination von Blockcopolymeren (BCP) mit röhrenförmigen Nanostrukturen gelangt man zu Materialien die durch ihre spezielle Morphologie anwendbar sind für funktionelle Bauteile. Die interne Morphologie der Röhrenwände mit spezifischen Dimensionen und Zusammensetzung ist dabei über das eingesetzte Blockcopolymer einstellbar. Aus frühren Artikeln resultierte die Schmelzinfiltration von BCP in anodische Aluminiumoxid (AAO) Nanoporen, die bisher nur stäbchenförmige Nanostrukturen auf Grund der Kapillar-Füllung ergab. In dieser Arbeit demonstrieren wir die Schmelzinfiltration von BCP in poröse AAO-Vorlagen, die eine geringen Oberflächenenergie und fluorierten Seitenketten aufweisen, unter Bildung eines Präkursor-Films. Dieser Polymerfilm führt nach dem Übergang der Schmelze in die feste Phase zu röhrenförmigen BCP Nanostrukturen die eine interne mesoskopische Feinstruktur aufweisen. Norbornen-Blockcopolymere mit fluorierten Seitenketten wurden durch Ringöffnungsmetathesepolymerisation (ROMP) unter Verwendung von Grubbs Katalysatoren hergestellt. Die synthetisierten Blockcopolymere weisen je nach Zusammensetzung eine lamellare oder zylindrische Morphologie (~30 nm) auf, welche durch Kleinwinkelröntgenstreuung (SAXS) und TEM-Analyse nachgewiesen werden konnte. Weiterhin wird die Bildung von selbst assemblierenden hierarchischen Nanostrukturen in Norbornen-BCP untersucht, wobei ein Block eine längere fluorierte Alkyl-Kette (C8) trägt. Die Nanophasen-Separation der fluorierten Seitenketten von der Hauptkette des Polymers führt zu Aggregaten (dnps = 3nm) innerhalb der durch Mikrophasenseparation gebildeten Blockcopolymerstruktur (d = 24 nm). Diese durch aggregierte Seitenketten gebildeten Nanodomänen wurden mittels Röntgenstreuung untersucht.