[发明专利]利用嵌段分子自组装制备取向可调亚5nm纳米模板的方法

权利要求书

1.一种有机-无机杂化嵌段分子，是含低聚二甲基硅氧烷的柔性链与卟啉液晶核相连接的嵌段分子，其结构如式I所示：

式I中，X为含有醚键、酯键或酰胺键的将柔性链与卟啉液晶核相连接的连接基元，m为自然数，代表连接低聚二甲基硅氧烷和卟啉分子的烷基链的长度；n为大于等于2的整数，代表低聚二甲基硅氧烷重复单元的数量。

2.如权利要求1所述的有机-无机杂化嵌段分子，其特征在于，X选自下列连接基元之一：

3.如权利要求1所述的有机-无机杂化嵌段分子，其特征在于，m的值在2～9范围内，n的值在2～14范围内。

4.一种权利要求1～3任一所述有机-无机杂化嵌段分子的制备方法，包括以下步骤：

1)通过烷基溴与酚羟基之间的醚化反应，合成一端为羧基、另一端为碳碳双键的式1化合物：

2)将低聚二甲基硅氧烷的硅氢键与式1化合物的双键进行硅氢加成反应，合成含有羧基官能团的式2化合物：

3)式2化合物与卟啉发生酯化反应，合成式3所示的有机-无机杂化嵌段分子：

其中，m为自然数，代表连接低聚二甲基硅氧烷和卟啉分子的烷基链的长度；n为大于等于2的整数，代表低聚二甲基硅氧烷重复单元的数量。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)的醚化反应使用碱催化剂，在非质子性有机溶剂中进行；步骤2)的硅氢加成反应使用Pt催化剂，在非质子性有机溶剂中进行；步骤3)的酯化反应在催化剂和缩合剂作用下于非质子性有机溶剂中进行。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)的醚化反应所用溶剂为丙酮，催化剂为碳酸钾，在室温下反应4小时以上；步骤2)的硅氢加成反应所用溶剂为二氯甲烷，催化剂为1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷铂(0)的二甲苯溶液，在室温下反应过夜；步骤3)的酯化反应所用溶剂为丙酮，催化剂为4-二甲氨基吡啶，缩合剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，在室温下反应过夜。

7.一种亚5nm纳米模板的制备方法，包括以下步骤：

1)使用溶剂将权利要求1～3任一所述的有机-无机杂化嵌段分子溶解；

2)将所述有机-无机杂化嵌段分子的溶液旋涂在基底上得到均匀的薄膜；

3)直接进行退火处理，得到组装结构水平取向的纳米模板，或者，在步骤2)制备的均匀薄膜上旋涂一层聚合物，然后进行退火处理，并洗去顶端的聚合物涂层，得到组装结构垂直取向的纳米模板。

8.如权利要求7所述的亚5nm纳米模板的制备方法，其特征在于，步骤1)所用溶剂为非质子性溶剂，所配制溶液的浓度为1wt％～2wt％。

9.如权利要求7所述的亚5nm纳米模板的制备方法，其特征在于，步骤2)将步骤1)配制的溶液通过滤膜过滤，再使用匀胶机进行旋涂，匀胶机所用转速为1000～4000rpm。

10.如权利要求7所述的亚5nm纳米模板的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述基底为硅基底、玻璃基底、石英基底、氧化铟锡基底，或者是经过亲水化、聚苯乙烯磺酸钠、PDMS、镀碳方法修饰之后的上述基底。

11.如权利要求7所述的亚5nm纳米模板的制备方法，其特征在于，步骤3)中直接进行热退火，温度为90～150℃，时间12～24小时；或者，直接进行溶剂退火，所用溶剂为非质子性溶剂，溶剂退火的时间为12～24h。

12.如权利要求7所述的亚5nm纳米模板的制备方法，其特征在于，步骤3)中旋涂的聚合物为水溶性聚合物，选自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸钠。

13.如权利要求7所述的亚5nm纳米模板的制备方法，其特征在于，步骤3)在步骤2)制备的均匀薄膜上旋涂一层聚合物后，充分除去聚合物涂层中的溶剂，然后转移至非质子性溶剂的饱和蒸汽氛围中进行溶剂退火，或者转移至热台上进行热退火；冷却至室温后，冲洗去除顶端聚合物涂层。