[发明专利]一种多金属氧酸盐巨型表面活性剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多金属氧酸盐巨型表面活性剂及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。本发明提供的多金属氧酸盐巨型表面活性剂以多金属氧酸盐(POM)为头部，疏水性的聚苯乙烯(PS)为尾部，相比于已经报道的以有机部分如聚倍半硅氧烷(POSS)，富勒烯(C60)为头部的巨型表面活性剂，本发明设计合成的巨型表面活性剂的头部与尾部之间具有更大的相互作用斥力，该相互作用斥力使其在超薄膜状态下发生的相分离尺寸为10nm左右。同时，所述多金属氧酸盐巨型表面活性剂在发生相分离之后，其与硅基底有很高的刻蚀对比度，可以通过光刻蚀技术对其进行刻蚀，从而能够应用于半导体行业中单个传感器的制造。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种多金属氧酸盐巨型表面活性剂及其制备方法和应用。

背景技术

POM是由最高氧化态下的过渡金属(如V、Nb、Ta、Mo、W)等形成的巨型阴离子团簇，其中不同类型的POM含有不同数目的杂原子(如P、Si、Fe、Co)等。POM于19世纪80年代被开发出来，它的基本骨架是由最高氧化态下的过渡金属与氧配位形成的MO₆八面体和MO₄四面体以共边、共顶或共面的形式相互连接而成。POM溶于极性大的溶剂，一般情况下可用乙腈溶解，不溶于非极性溶剂。关于POM的组装体系，目前报道的有以聚合物链为反离子的Keggin型POM的本体自组装行为。Micoine K等(Micoine K,et al.Organic.Letters.2007,20(9):3981-3984)通过静电相互作用将四个阳离子封端的聚苯乙烯(PS)链修饰到1nm大小的球形Keggin型POM簇上，从而制造了一系列具有不同分子量可移动配体的杂合物样品。无机的POM簇与有机的PS链之间由于超强的不相容性，产生了很明显的微相分离现象，从而驱使该杂合物样品组装成块状的各种超晶格状纳米阵列，例如小于10nm的薄片和圆柱体。该杂合物样品是通过静电相互作用使POM和PS链相互连接在一起的，并不是由共价键相互连接的，通过静电相互作用连接的POM和PS，在形成巨型表面活性剂后，其相分离比较困难，需要对样品进行较长时间的温度退火，结构发育困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多金属氧酸盐巨型表面活性剂及其制备方法和应用，本发明提供的多金属氧酸盐巨型表面活性剂在超薄膜状态下发生的微观相分离尺寸为10nm左右。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多金属氧酸盐巨型表面活性剂，具有式I或式II所示结构：

其中，所述POM为多金属氧酸根离子，所述n为1～130。

优选地，所述多金属氧酸根离子的化学式为[α-XM₁₁O₃₉]^4-或[α-X₂M₁₇O₆₁]^6-，其中，所述X为P、Si、Fe或Co，所述M为V、Mo或W。

本发明提供了上述技术方案所述多金属氧酸盐巨型表面活性剂的制备方法，当所述多金属氧酸盐巨型表面活性剂具有式I所示结构，包括以下步骤：

在CuBr、N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺和2-溴异丁酸乙酯存在条件下，苯乙烯发生原子转移自由基聚合反应，得到第一聚苯乙烯；

将所述第一聚苯乙烯、叠氮化钠与N,N-二甲基甲酰胺混合进行叠氮化反应，得到叠氮化聚苯乙烯；

将氯化亚锡、丙烯酸、乙醚、NaCl与浓H₂SO₄混合进行加成反应，得到Cl₃SnCH₂CH₂COOH；