Patterned polymer films using soft lithography and micro molding in capillaries (MIMIC)

Abstract

This research work reports a low cost method to pattern large area surfaces using soft-lithographic approach through several polymers, particularly with the self-assembly of block co-polymers (BCPs) and also by fabricating end-grafted polymer chains for selective immobilization and assembly of plasmonic nanoparticles (NPs). The approach relies on the capillary flow of end-functional polymers into the channels formed by an elastomeric mold and substrate, in a process called as micromolding in capillaries (MIMIC). P(S-b-PMMA) for BCPs, and Hydroxyl-terminated poly(2-vinylpyridine) (P2VP) and poly(ethylene glycol) (PEG) for polymer brushes are selectively deposited into linear features with the MIMIC process. BCPs self-assembled patterns are aligned and structures into desired geometries and shapes on a large area ranging from nanometers to centimeters. While, the localized grafting of the polymers through thermal annealing followed by washing leads to patterns of polymer brushes. The results show the ability to pattern polymer brushes with line widths as small as 1.5 um at a height of ~3.5 nm (P2VP) and ~10 nm (PEG), and a length up to 0.5 cm. These patterns serve as localized binding sites for the specific and uniform immobilization of Au NPs with diameters of 20 nm and 60 nm. The immobilized Au NPs exhibited strong and localized surface enhanced Raman scattering effects from the patterned regions. The ability to pattern polymer brushes and plasmonic NPs over large areas with a low-cost process may enable applications that range from molecular sensors to biotechnology. While, the less expensive method to pattern large areas using BCP self-assembly through elastomeric PDMS molds would give boost to the solution of the commercialization of nano-patterns below ~20nm for semiconductor industries with an explicit ease of fabrication.

Bu araştırma çalışması, yumuşak litografi kullanarak geniş alan yüzeyleri desenlemek için düşük maliyetli bir yöntem bildirmektedir Özellikle blok kopolimerlerin (BCP'ler) kendi kendine montajıyla, Ve ayrıca selektif immobilizasyon ve montaj için ağızdan aşılanmış polimer zincirleri imal ederek Plazmonik nanopartiküller (NP). Yaklaşım, son fonksiyonel polimerlerin kılcal akışına dayanır Bir elastomerik kalıp ve alt-tabaka tarafından oluşturulan kanallara mikromolding adı verilen bir proseste (MIMIC) içine yerleştirilmiştir. BCPler için P (S-b-PMMA) ve Hidroksil ile sonlanan poli (2-vinilpiridin) (P2VP) ve poli (etilen glikol) (PEG) polimer fırçalar için seçici olarak doğrusal MIMIC sürecindeki özellikler. BCP'lerin kendi kendine kurduğu desenler hizalanır ve yapılar Nanometrelerden santimetreye kadar değişen geniş bir alan üzerinde istenilen geometriler ve şekiller. Süre Polimerlerin termal tavla lokalize aşılanması ve bunu takiben yıkama işlemleri kalıplara yol açar Polimer fırçalar. Sonuçlar, çizgi genişliklerine sahip polimer fırçaları küçük olarak modelleme kabiliyetini göstermektedir ~ 3.5 nm (P2VP) ve ~ 10 nm (PEG) yükseklikte 1.5 um ve 0.5 cm'ye kadar bir uzunluğa sahiptir. Bu desenler Au NP'lerin çapları ile spesifik ve tek biçimli hareketsiz kılınması için lokalize bağlama alanları olarak görev yaparlar 20 nm ve 60 nm. Hareketsizleştirilmiş Au NPs, güçlü ve lokalize yüzey geliştirilmiş Desenli bölgelerin ramanı saçma etkileri. Polimer fırçaları ve Düşük maliyetli bir prosese sahip geniş alanlardaki plazmonik NP'ler, Biyoteknolojiye moleküler sensörler. Ancak, geniş alanları desenlemek için daha ucuz yöntem Elastomerik PDMS kalıpları yoluyla BCP'nin kendi kendine montajı yarı iletken endüstriler için ~ 20nm'nin altındaki nano desenlerin ticarileştirilmesinin çözümüne açıkça bir kolaylık sağlayacak bir iyileştirme sağlayacaktır Imalat.