ब्लॉक कोपॉलीमर स्व-assembly ने नैनो संरचित पदार्थों को बनाने के लिए एक शक्तिशाली नीचे-अप दृष्टिकोण के रूप में उभरा है जिसमें अभूतपूर्व परिशुद्धता और ट्यूनेबिलिटी शामिल है। आदेशित डोमेन में अलग करने के लिए अभेद्य बहुलक ब्लॉक की प्राकृतिक प्रवृत्ति का लाभ उठाकर, शोधकर्ता क्षेत्रों और सिलेंडरों से लेकर 5-100 नैनोमीटर के लंबाई पैमाने पर लैमेला और जिरोइड तक के पैटर्न बना सकते हैं। इस क्षमता ने अर्धचालक लिथोग्राफी, नैनोमेडिसिन और ऊर्जा भंडारण में सफलता हासिल की है। रसायन विज्ञान, प्रसंस्करण और कैरेक्टराइजेशन में हाल की प्रगति अब इन सामग्रियों को प्राप्त करने की सीमाओं को आगे बढ़ा रही है, जिससे अधिक जटिल वास्तुकला को सक्षम बनाया जा सकता है।

ब्लॉक कोपॉलीमर स्व-असेंबली के मूल

ब्लॉक कोपॉलीमर दो या अधिक रासायनिक रूप से अलग बहुलक श्रृंखलाओं से मिलकर मिलकर मिलकर बनता है, जो सह-संतुलन रूप से एक साथ बंधे होते हैं। सबसे आम रैखिक AB diblock copolymers और ABA triblock copolymers हैं। स्वयं-संतुलन प्रक्रिया ब्लॉकों के बीच थर्मोडायनामिक असंगति से संचालित होती है, जो फ्लोरी-हग्गिन इंटरेक्शन पैरामीटर χ द्वारा निर्धारित किया जाता है, और प्रत्येक बहुलकीकरण की डिग्री N.H.N. एक महत्वपूर्ण मूल्य (लगभग 10.5 ) से अधिक है।

इस तरह के क्रम-विक्रम संक्रमण तापमान (T]ODT) के रूप में प्रमुख मापदंडों और अलगाव शक्ति को आणविक भार, ब्लॉक संरचना, या तापमान को बदलकर देखा जा सकता है। हाल के काम ने उच्च-χ copolymers (जैसे सिलिकॉन- या फ्लोरीन युक्त ब्लॉक) पर भी ध्यान केंद्रित किया है ताकि उप-5 एनएम सुविधा आकार को अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए आवश्यक बनाया जा सके। इन बुनियादी बातों को समझना वांछित आत्म-विधान व्यवहार के साथ copolymers के तर्कसंगत डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है।

प्रसंस्करण और नियंत्रण तकनीक

जबकि संतुलन संरचनाओं को अच्छी तरह से समझा जाता है, उन्हें अभ्यास में एहसास करने के लिए सावधानीपूर्वक प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। सॉल्वेंट एनीलिंग, थर्मल एनीलिंग और निर्देशन स्वयं-इकट्ठे (DSA) लंबी दूरी के आदेश और नियंत्रित अभिविन्यास को प्राप्त करने के लिए प्राथमिक तरीके हैं।

सॉल्वेंट और थर्मल एनीलिंग

थर्मल एनीलिंग में ग्लास संक्रमण तापमान (T g]) या T]] के ऊपर कोपॉलीमर फिल्म को गर्म करना शामिल है ताकि चेन को कम ऊर्जा विन्यास में पुनर्गठित करने की अनुमति मिल सके। यह कई कोपॉलीमरों के लिए सीधा है लेकिन यह थर्मल गिरावट या सब्सट्रेट द्वारा सीमित किया जा सकता है। विलायक annealing, दूसरी ओर, फिल्म को विलायक उन्मुखीकरण के लिए उजागर करता है जो बहुलक मैट्रिक्स को swellswell करता है, प्रभावी ढंग से T ]g और उच्च गुणवत्ता वाले सिलेंडरों में वृद्धि।

निर्देशित स्व-असेंबली (DSA)

DSA सब्सट्रेट्स पर स्थलाकृतिक या रासायनिक पैटर्न का उपयोग करता है ताकि कॉपोलिमर डोमेन के आदेश को निर्देशित किया जा सके। Chemoepitaxy सतह ऊर्जा अंतर के साथ रासायनिक धारियों को नियोजित करता है जो लैमेलर या बेलनाकार डोमेन को संरेखित करता है, जबकि ग्राफोपिक्सी भौतिक खाइयों का उपयोग कॉपोलिमर को सीमित करने और पंजीकरण को प्रेरित करने के लिए करता है। DSA को सफलतापूर्वक ऑप्टिकल लिथोग्राफी के साथ एकीकृत किया गया है ताकि उप-10 एनएम सुविधाओं का उत्पादन किया जा सके semiconductor Manufacturing]। हाल के अग्रिमों में जटिल ऊर्ध्वाधर जंक्शनों और पदानुक्रमिक संरचनाओं, फोटोनिक क्रिस्टल और मेटामेटिक संरचनाओं के लिए उद्घाटन मार्गों के लिए 3D DSA का उपयोग शामिल है।

उन्नत विशेषता तकनीक

उप-100 एनएम पैमाने पर नैनो संरचनाओं को अवलोकन और मात्रात्मक बनाने के लिए परिष्कृत उपकरण की मांग की जाती है। परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) फिल्म सतहों के स्थलाकृतिक और चरण इमेजिंग प्रदान करता है, डोमेन आकार और आदेश का खुलासा करता है। ग्रेजिंग-इन्सिडेंस छोटे कोण एक्स-रे बिखरने (GISAXS) और इलेक्ट्रॉन आधारित तकनीकों के साथ सांख्यिकीय महत्व के साथ थोक संरचनाओं की जांच, डोमेन रिक्ति, अभिविन्यास वितरण को निकालने, और यहां तक कि एनालिंग के दौरान गतिज जानकारी। न्यूट्रॉन बिखरने, विशेष रूप से जब ड्यूटेरियम लेबलिंग के साथ संयुक्त हो, ब्लॉक कोपॉलीमर इंटरफेस का अध्ययन करने के लिए अद्वितीय विपरीत प्रदान करता है।

हाल ही में प्रगति

पिछले पांच वर्षों में ग्राउंडब्रेकिंग पैरामीटर्स ने शास्त्रीय रूपांतरों से परे ब्लॉक कोपोलिमर स्व-असेंबली को बढ़ाया है। नए उच्च-χ कोपॉलीमर, जैसे कि पॉली (ट्राइमिथाइलसिलिस्टिन-बी-पॉलीलिैक्टाइड) और पॉली (विनाइलपीरिडिन-बी-ऑलिगोसैक्राइड) डेरिवेटिव्स, उप-3 एनएम सुविधाओं को सक्षम करते हैं। पॉलीमर के साथ ब्लॉक कोपोलिमर के मिश्रणों में एक विस्तृत विविधता है।

ब्लॉक कोपॉलीमर ब्लेंड्स और हाइब्रिड

दो ब्लॉक कोपॉलीमरों को मिलाकर या अकार्बनिक नैनोपार्टिकल्स को जोड़कर संरचनात्मक पुस्तकालय का विस्तार किया गया है। सममित और विषम डिब्लॉक्स के सह-असेंबली नेटवर्क या चेकरबोर्ड पैटर्न को इंटरप्नेट करने की पैदावार करते हैं। गोल्ड या सिलिका नैनोपार्टिकल्स चुनिंदा रूप से एक डोमेन में अनुक्रमित, प्लास्मोनिक या उत्प्रेरक कार्यक्षमता प्रदान करते हैं। ऐसी हाइब्रिड सामग्री सेंसर, उत्प्रेरक और ढांकता हुआ दर्पणों के लिए वादा कर रही है।

स्केलेबिलिटी और एकीकरण

औद्योगिक गोद लेने के लिए, रोल-टू-रोल प्रोसेसिंग और रैपिड थर्मल एनीलिंग को बड़े क्षेत्र की फिल्मों को निर्माण के साथ संगत बनाने के लिए विकसित किया गया है। डीएसए के साथ संयुक्त, इन तरीकों को अब यूरोपीय संघ के लिए पुनर्निर्मित किया जा रहा है।

ब्लॉक कोपोलिमर सेल्फ-असेंबली से नैनो संरचित सामग्री के अनुप्रयोग

ब्लॉक कोपॉलीमर नैनोसंरचनाओं की परिशुद्धता और ट्यूनेबिलिटी ने कई उद्योगों में प्रगति को सक्षम बनाया है।

इलेक्ट्रॉनिक्स और लिथोग्राफी

सबसे परिपक्व अनुप्रयोग अर्धचालक लिथोग्राफी में है, जहां डीएसए का उपयोग उप-10 एनएम संपर्क छेद और लाइन / स्पेस पैटर्न बनाने के लिए किया जाता है। तोशिबा, आईबीएम और आईएमईसी ने तर्क और स्मृति उपकरणों के लिए पायलट लाइनों में डीएसए एकीकरण का प्रदर्शन किया है। ब्लॉक कोपॉलीमर टेम्पलेट्स भी सिलिकॉन, सिलिकॉन नाइट्राइड और धातु परतों में पैटर्न हस्तांतरण के लिए मास्क के रूप में काम करते हैं, जिससे नैनोस्केल ट्रांजिस्टर, इंटरकनेक्ट और हार्ड ड्राइव के लिए बिट-पैटर्न मीडिया को सक्षम बनाया जा सकता है।

चिकित्सा और औषधि वितरण

ब्लॉक कोपॉलीमर micelles, vesicles (Polymersomes), और lyotropic तरल क्रिस्टलीय चरणों को नियंत्रित रिलीज के लिए बड़े पैमाने पर अध्ययन किया जाता है। अलग डोमेन के भीतर हाइड्रोफिलिक और हाइड्रोफोबिक दवाओं को लोड करने की क्षमता, उत्तरदायी ब्लॉक (पीएच, तापमान, रेडॉक्स) के साथ संयुक्त, कम दुष्प्रभावों के साथ लक्षित वितरण की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, ] इंटरनेशनल जर्नल ऑफ फार्मास्यूटिक ] समीक्षा कैंसर थेरेपी के लिए ब्लॉक कोपोलिमर नैनोकणों। ऊतक इंजीनियरिंग में, नियंत्रित छिद्र और यांत्रिक एनोट्रोपी के साथ माइक्रोफ़स-सेपरेटेड मचान कोशिका और ऊतक पुनर्जनन को बढ़ावा देते हैं।

ऊर्जा भंडारण और रूपांतरण

लिथियम आयन बैटरी के लिए नैनो संरचित ब्लॉक कोपॉलीमर इलेक्ट्रोलाइट आयनिक रूप से प्रवाहकीय डोमेन के बीच पथ को पार करने के कारण उच्च आयनिक चालकता प्रदान करते हैं, जबकि कठोर ब्लॉक यांत्रिक अखंडता प्रदान करता है। इसी तरह, ब्लॉक कोपॉलीमर-व्युत्पन्न mesoporous कार्बन (कार्बनीकरण के माध्यम से) असाधारण सतह क्षेत्र और दर क्षमता के साथ सुपरकैप्टेटर इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जाता है। कार्बनिक फोटोवोल्टिक्स में, ब्लॉक कोपॉलीमर कम्पैटिबिलाइज़र थोक विषमता की आकृति को स्थिर करते हैं, जिससे बिजली रूपांतरण दक्षता और दीर्घकालिक स्थिरता में सुधार होता है।

चुनौतियां और भविष्य की दिशा

उल्लेखनीय प्रगति के बावजूद, कई चुनौतियों कायम रहा है। दोष के बिना वेफर पैमाने के क्षेत्रों पर सही लंबी दूरी के आदेश को हासिल करना मुश्किल रहता है। दोष एनीहिलेशन केनेटिक्स धीमी गति से होते हैं और दोष डिवाइस के प्रदर्शन को कम कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, कई उच्च-χ कोपॉलीमरों को विशेष मोनोमर की आवश्यकता होती है जो महंगा या संश्लेषित करने में मुश्किल होती है। फ्लोरिनेटेड या सिलिकॉन युक्त ब्लॉकों के बारे में पर्यावरणीय चिंताओं से भी ग्रीनर विकल्प की मांग होती है। आगे की ओर देखने के लिए, ब्लॉक कोपॉलीमर स्वयं-असेंबली के साथ जोड़कर, जो कि स्मार्ट कोटिंग्स, अनुकूली झिल्ली और चिराल मेटामटेरियल्स को सक्रिय करने की प्रक्रिया के लिए आवश्यक है।

निष्कर्ष

ब्लॉक कोपॉलीमर स्व-assembly एक व्यावहारिक नैनोफैब्रिकेशन प्लेटफॉर्म में एक आकर्षक वैज्ञानिक घटना से परिपक्व हो गया है। उच्च-χ पॉलिमर, निर्देशित असेंबली और इन-सिटू कैरेक्टराइजेशन में एडवांस ने 5 एनएम, जटिल 3 डी आकृति विज्ञान और उपकरणों में एकीकरण के नीचे फीचर आकार को सक्षम किया है। अनुप्रयोगों की चौड़ाई - अगली पीढ़ी के कंप्यूटर चिप्स से लक्षित ड्रग डिलीवरी तक - इन नैनोसंरचनात्मक सामग्रियों की बहुमुखी प्रतिभा को रेखांकित करती है। सिंथेटिक रसायन विज्ञान, प्रसंस्करण इंजीनियरिंग और कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग के रूप में, कॉन्वर्ज करना जारी है, ब्लॉक कोपॉलीमर स्व-assembly उन्नत सामग्रियों के टिकाऊ विनिर्माण में कभी अधिक केंद्रीय भूमिका निभाएगी।