Γενικές πληροφορίες

Ενότητες εργασίας

Παραδοτέα

Milestones

Μέλη Ερευνητικής Ομάδας

Πρωτότυπα Αποτελέσματα

Δημοσιεύσεις

Χρήσιμοι σύνδεσμοι

ΤΙΤΛΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ

«ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΩΝ ΒΟΥΡΤΣΩΝ ΑΠΟ ΠΡΟΔΡΟΜΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΤΡΙΣΥΣΤΑΔΙΚΑ ΤΡΙΠΟΛΥΜΕΡΗ ΓΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ»

ΑΚΡΩΝΥΜΙΟ : NANOPOLYBRUSH

Φορέας Υποδοχής : ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ

Επιστημονικώς Υπεύθυνος : Απόστολος Αυγερόπουλος, Καθηγητής Πολυμερικών Υλικών, Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

Εξωτερικοί Συνεργαζόμενοι Φορείς:

1. MIT/USA ( Professor Caroline Ross, Department of Materials Science and Engineering)
2. RICE UNIVERSITY/USA ( Professor Edwin L. Thomas, Department of Materialas Science and Nanoengineering) ( TEXAS A&M UNIVERSITY
3. NATIONAL TSING-HUA UNIVERSITY/ TAIWAN ( Professor Rong-Ming Ho, Department of Chemical Engineering)

Διάρκεια Προγράμματος (σε μήνες) : 36

Χρηματοδότηση Προγράμματος : 200,000 €

ΣΚΟΠΟΣ 

Σκοπός της παρούσας ερευνητικής πρότασης είναι η σύνθεση γραμμικών τρισυσταδικών τριπολυμερών του τύπου A-b-B-b-C τα οποία δεν έχουν μελετηθεί ως λεπτά υμένια για νανοτεχνολογικές εφαρμογές όπου Α, Β και C είναι τρεις συστάδες διαφορετικής χημικής σύστασης. Στην βιβλιογραφία δεν εμφανίζονται ερευνητικά αποτελέσματα που να αναφέρονται σε λεπτά υμένια πιο πολύπλοκων συστημάτων που να φέρουν τρεις έναντι των δύο συστάδων (τρισυσταδικά τριπολυμερή του τύπου A-b-B-b-C, όπου Α, Β και C είναι τρεις συστάδες διαφορετικής χημικής σύστασης) και να βελτιώνουν την οργάνωση ή/και τον προσανατολισμό των τελικών λεπτών υμενίων μειώνοντας σημαντικά το φαινόμενο διαμοριακής διάχυσης μεταξύ επιφάνειας και πολυμερικού υλικού

Προτείνεται η μελέτη συστημάτων που δύο εκ των τριών συστάδων θα είναι PDMS και PS των τύπων Α-b-PS-b-PDMS και PS-b-Α-b-PDMS, όπου Α θα είναι συστάδα που διαχωρίζεται μικροφασικά τόσο με το PS όσο και με το PDMS (ικανοποιητική τιμή της παραμέτρου αλληλεπίδρασης χ μεταξύ τους).  Για τα λεπτά υμένια των δισυσταδικών συμπολυμερών PS-b-PDMS έχουν αναφερθεί τεχνικές/μέθοδοι στην βιβλιογραφία ώστε να εμφανίζουν βελτιωμένη οργάνωση ή/και προσανατολισμό μειώνοντας σημαντικά το φαινόμενο διαμοριακής διάχυσης μεταξύ επιφάνειας και πολυμερικού υλικού. 

Στην προτεινόμενη πρωτότυπη ερευνητική δραστηριότητα αναφέρεται για πρώτη φορά η σύνθεση συγκεκριμένων γραμμικών τρισυσταδικών τριπολυμερών όπου η συστάδα του πολυ(βουταδιενίου) θα υποστεί χημική τροποποίηση ώστε να προκύψουν δραστικές -ΟΗ ομάδες και να προσκολληθούν σε διάφορα στερεά υποστρώματα. Πιο συγκεκριμένα η συστάδα προς τροποποίηση εμφανίζει χαμηλό μοριακό βάρος ώστε να αυξηθεί η ικανότητα πρόσδεσης στην εκάστοτε επιφάνεια, και να μην προκύψει πρόβλημα ανάμιξης στην αυτό-οργάνωση του υπολειπόμενου δισυσταδικού συμπολυμερούς, που αναμένεται να διαχωριστεί μικροφασικά. 

Αξιοσημείωτο είναι στην προτεινόμενη πρωτότυπη έρευνα πως η συστάδα που θα προσδεθεί στην επιφάνεια του υποστρώματος σχετίζεται με την εκλεκτική διαβροχή και την χημική συνάφεια για τις υπόλοιπες δύο συστάδες του τρισυσταδικού τριπολυμερούς. 

Στην παρούσα έρευνα προτιμήθηκε οι δύο ισχυρά μη αναμιγνυόμενες συστάδες (PS και PDMS) να εμφανίζουν παρόμοια μοριακά χαρακτηριστικά ώστε να υιοθετηθεί τόσο σε τήγμα όσο και στα λεπτά υμένια η φυλλοειδής μορφολογία. Η όλη προσέγγιση που προτείνεται στην ερευνητική πρόταση δεν έχει αναφερθεί προηγουμένως στην βιβλιογραφία και θεωρείται καινοτομική για τις τεχνικές νανολιθογραφίας και για την χρήση της στις νανοτεχνολογικές εφαρμογές πολυμερών γενικότερα.

Στην βιβλιογραφία δεν εμφανίζονται ερευνητικά αποτελέσματα που να αναφέρονται σε λεπτά υμένια πιο πολύπλοκων συστημάτων που να φέρουν τρεις έναντι των δύο συστάδων (τρισυσταδικά τριπολυμερή του τύπου A-b-B-b-C, όπου Α, Β και C είναι τρεις συστάδες διαφορετικής χημικής σύστασης) και να βελτιώνουν την οργάνωση ή/και τον προσανατολισμό των τελικών λεπτών υμενίων μειώνοντας σημαντικά το φαινόμενο διαμοριακής διάχυσης μεταξύ επιφάνειας και πολυμερικού υλικού .

Η κύρια δραστηριότητα της πρότασης εστιάζεται στην έρευνα νέων τρισυσταδικών τριπολυμερών και τη μελέτη της συσχέτισης δομής/ιδιοτήτων τόσο σε τήγμα όσο και σε λεπτά υμένια για εφαρμογή σε νανολιθογραφικές τεχνικές και την νανοτεχνολογία γενικότερα

Η καινοτομία στην προτεινόμενη έρευνα έγκειται στην χρήση συστάδας Α που θα «θυσιάζεται» ώστε να βελτιώνεται η οργάνωση και ο προσανατολισμός στο τελικό λεπτό υμένιο. Προτείνεται να χρησιμοποιηθεί ως συστάδα Α το πολυ(βουταδιένιο) υψηλής μικροδομής -1,4 ή το πολυ(βουταδιένιο) υψηλής μικροδομής -1,2 που ο Ε.Υ. και η ερευνητική ομάδα έχουν αποδεδειγμένη εμπειρία σύνθεσης τόσο στην συγκεκριμένη συστάδα^15,16 όσο και στην σύνθεση γραμμικών τρισυσταδικών τριπολυμερών.

Έχει ήδη μελετηθεί από μέλη της ερευνητικής ομάδας και τον Ε.Υ. η δυνατότητα μεταβολής της συστάδας του πολυ(βουταδιενίου) ή ΡΒ με συγκεκριμένες αντιδράσεις χημικής τροποποίησης σε άλλη που φέρει μεγάλου μεγέθους πλευρικές ομάδες ανά δομική μονάδα.¹⁶ Επομένως είναι δυνατή η σύνθεση τρισυσταδικών τριπολυμερών που να φέρουν δραστικές ομάδες σε μία τουλάχιστον από τις συστάδες ώστε η τροποποιημένη συστάδα να διαδραματίσει το ρόλο της πολυμερικής βούρτσας.

Στα προτεινόμενα συστήματα των τύπων PB_1,4-b-PS-b-PDMS, PB_1,2-b-PS-b-PDMS, PS-b-PB_1,4-b-PDMS και PS-b-PB_1,2-b-PDMS αντίστοιχα θα γίνει μελέτη της φυσικής προσρόφησης, στην εκάστοτε επιφάνεια, της μικρότερης συστάδας (ΡΒ_1,4 ή ΡΒ_1,2) και θα συγκριθούν τα αποτελέσματα με αυτά που θα προκύψουν κατόπιν χημικής τροποποίησης των βινυλικών δεσμών των δομικών μονάδων τύπου -1,2 σε –ΟΗ δραστικές ομάδες. Διαφορές ή/και ομοιότητες θα καταγραφούν. 

Να τονιστεί και πάλι ότι τέτοιου είδους σύγκριση είναι νέα και καινοτομική αφού δεν αναφέρεται στην βιβλιογραφία και αποδίδεται πιθανότατα στην έλλειψη της δυνατότητας σύνθεσης πολυδιενίων ελεγχόμενης μικροδομής (είτε ~92% -1,4 και ~8% -1,2 είτε εξ’ολοκλήρου 100% -1,2). Η δυνατότητα σύνθεσης της 2^ης περίπτωσης (ΡΒ με αποκλειστικά 100% μικροδομή -1,2) και χημική τροποποίηση αυτής με απόδοση 100% έχει αναφερθεί ήδη στην βιβλιογραφία από τον Ε.Υ. και την ερευνητική του ομάδα.

Βιβλιογραφία

1. Park, C.; Yoon J.; Thomas, E. L.; Polymer, 2003, 44, 6725-6760.                
2. Choi, P.; Fu, P.; Guo, L. J.; Adv. Funct. Mater., 2007, 17, 65-70.
3. Politakos, N.; Ntoukas, E.; Avgeropoulos, A.; Krikorian, V.; Pate, B. D.; Thomas, E. L.; Hill, R. M.; J. Pol. Sci. PartB: Pol. Phys., 2009, 47, 2419-2427.
4. Chao, C.-C.; Wang, T.-C.; Ho, R.M.; Georgopanos, P.; Avgeropoulos, A.; Thomas, E. L.; ACS Nano, 2010, 4, 2088-2094.
5. Chao, C.-C.; Ho, R.M.; Georgopanos, P.; Avgeropoulos, A.; Thomas, E. L.; Soft Matter, 2010, 6, 3582-3587.
6. Bates, C. M.; Seshimo, T.; Maher, M. J.; Cushen, J. D.; Dean, L. M.; Blachut, G.; Ellison, C. J.; Willson, C. G.; Science, 2012, 338, 775-779.
7. Tavakkoli, K.G.A.; Gotrik, K.W.; Hannon, A.F.; Alexander-Katz, A.; Ross, C.A.; Berggren, K.K.; Science, 2012, 336, 1294-1298.
8. Lodge, T. P.; Dalvi, M. C.; Phys. Rev. Lett.,1995, 75, 657-660.
9. O’Driscoll, B. M. D.; Kelly, R. A.; Shaw, M.; Mokarian-Tabari, P.; Liontos, G.; Ntetsikas, K.; Avgeropoulos, A.; Petkov, N.; Morris, M. A.; Eur. Pol. J., 2013, 49, 3445-3454.
10. Lo, T.-Y.; Dehghan, A.; Georgopanos, P.; Avgeropoulos, A.; Shi, A-C., Ho, R-M.;
    Macromolecules, 2016, 49, 624-633.
11. Lo, T.-Y.; Ho, R.-M.; Georgopanos, P.; Avgeropoulos, A.; Hashimoto, T.; ACS MacroLetters, 2013, 2, 190-194.
12. Borah, D.; Rasappa, S.; Salaun, M.; Zellsman, M.; Lorret, O.; Liontos, G.; Ntetsikas, K.; Avgeropoulos, A.; Morris, M. A.; Adv. Funct. Mat., 2015, 25, 3425-3432.
13. Tu, K.-H.; Bai, W .; Liontos, G.; Ntetsikas, K.; Avgeropoulos, A.; Ross, C. A.;
    Nanotechnology, 2015, 26, 375301 (12pp).
14. Lee, K.; Kreider, M.; Bai, W.; Cheng, L.-C.; Safari-Dinachali, S.; Tu, K.-H.; Huang, T.; Ntetsikas, K.; Liontos, G.; Avgeropoulos, A.; Ross, C. A.; Nanotechnology, 2016, 27, 465301 (11pp).
15. Georgopanos, P.; Lo, T.-Y.; Ho, R.-M.; Avgeropoulos, A.; Polymer Chemistry, 2017, 8,843-850.
16. Hadjichristidis, N.; Xenidou, M.; Iatrou, H.; Pitsikalis, P.; Poulos, Y.; Avgeropoulos, A.;Sioula, S.; Paraskeva, S.; Velis, G.; Lohse, D. J.; Schulz, D. N.; Fetters, L.J.; Wright, P. J.; Mendelson, R. A.; Garcia-Franco, C. A.; Sun, T.; Ruff, C. J.; Macromolecules, 2000, 33, 2424-2436.
17. Politakos, N.; Weinman, C. J.; Paik, M. Y.; Sundaram, H. S.; Ober, C. K.; Avgeropoulos, A.; J. Pol. Sci., Part A: Pol. Chem., 2011, 49, 4292-4305.
18. Avgeropoulos, A.; Paraskeva, S.; Hadjichristidis, N.; Thomas, E. L.; Macromolecules, 2002, 35, 4030-4035.
19. Tsoukatos, T.; Avgeropoulos, A.; Hadjichristidis, N.; Hong, K.; Mays, J. W.; Macromolecules, 2002, 35, 7929-7935.
20. Rangou, S.; Avgeropoulos, A.; J. Pol. Sci., Part A: Pol. Chem., 2009, 47, 1567-1574.
21. Zapsas, G.; Moschovas, D.; Ntetsikas, K.; Rangou, S; Lee, J.-H.; Thomas, E. L.; Zafeiropoulos, N. E.; Avgeropoulos, A.; J. Pol. Sci., Part B: Pol. Phys., 2015, 53, 1238- 1246.
22. Polymeropoulos, G.; Zapsas, G.; Hadjichristidis, N.; Avgeropoulos, A.; ACS Macro Letters, 2015, 4, 1392-1397.
23. Ntaras, C.; Polymeropoulos, G.; Zapsas, G.; Ntetsikas, K.; Liontos, G.; Moschovas, D.; Karanastasis, A.; Rangou, S.; Stewart-Sloan, C.; Hadjichristidis, N.; Thomas, E. L.; Avgeropoulos, A.; J. Pol. Sci., Part B: Pol. Phys., 2016, 54, 1443-1449.