极小尺寸的纳米图案在微纳加工技术领域极具应用潜力，实现芯片单位面积内更高的节点密度有望应对海量的数据信息处理。尽管EUV光刻已经可以完成7 nm以下的图案制造，但其成本高昂，很难突破技术封锁。相比“top-down’’加工的光刻技术，利用嵌段大分子进行“bottom-up’’自组装可以作为一个有用的补充技术。为此，科学家们发展了各种减小组装特征尺寸的办法，比如增加嵌段组分之间的相互作用参数χ，同时尽可能减小分子量等等。作为一种基于刚性分子纳米粒子的精密结构大分子，巨型分子具有刚性的构象、高的表面官能团密度以及丰富可调的化学结构，是实现小尺寸强相分离结构的理想选择。

张文彬课题组利用寡聚硅氧烷链修饰笼状低聚倍半硅氧烷（POSS），开发了一类新型的分子纳米粒子（SPOSS），并通过点击化学用聚苯乙烯（PS）链将其与全氟链修饰的POSS（FPOSS）相连，可模块化制备一系列不同聚合度的三组分Bola状巨型表面活性剂。高χ值使得三个组分间各不相容，组装形成（SPFFPS）型重复的三相四层结构（LAM₃）。小角X射线散射和透射电子显微镜的表征结果显示，由于链端的POSS分子具有骨架刚性且分子量恒定，其所形成的层厚度基本保持在4 nm左右，通过改变中间PS的分子量即可方便地调节POSS层间距。该结构中的元素分布也通过电子云密度重构、X射线能谱和电子能量损失能谱等方法得以佐证。在此基础上，研究者发现LAM₃结构经氧等离子体处理后，其形貌转变为具有极小的富硅层（约2纳米厚）的分层层状结构。该工作表明，Bola状巨型表面活性剂可作为传统三嵌段共聚物的替代品，在制备极小尺寸非常规周期纳米结构领域具有潜在的应用价值。

图1. 三组分Bola状巨型表面活性剂组装形成三相四层结构。该结构在等离子刻蚀后可能产生一系列进一步的结构变化。

该研究近期在线发表于Macromolecules，北京大学化学与分子工程学院博士后邵宇为该论文的第一作者。北京大学化学与分子工程学院张文彬教授为论文通讯作者。苏州大学何金林教授课题组以及复旦大学李卫华教授课题组为该工作提供了重要支持。该工作得到了国家自然科学基金、北京分子科学国家研究中心以及中国博士后科学基金的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.2c02592