Materiali polimerici nanostrutturati per il controllo della morfologia su scala nanometrica

La presente attività di ricerca ha avuto l’obiettivo di sviluppare un sistema ibrido innovativo in cui un copolimero a blocchi nanostrutturato è selettivamente caricato con nanoparticelle inorganiche conduttive. I copolimeri a blocchi (BCPs) consistono in macromolecole distinte di due o più omopolimeri, covalentemente legate e che tendono a segregare in microdomini distinti a causa delle loro mutue repulsioni [1, 2]. Questo genera la formazione spontanea di nanostrutture che sono state considerate utili alla creazione di patterns regolari su scala nanometrica e che sono importanti per diverse tecnologie su film sottile [3, 4, 5]. I microdomini dei BCPs nanostrutturati (sfere, cilindri o lamelle) formati spontaneamente per self-assembly [1-5], possono agire da hosts per sequestrare nanofillers di appropriata affinità chimica e geometrica producendo un ordine a lungo raggio nel posizionamento delle nanoparticelle [6]. I BCPs sono, quindi, materiali ideali per agire da “impalcatura” nell’ingegneria di nuovi nanocompositi, dove la distribuzione di particelle guest è guidata dall’ordine della matrice host. Questo genera un assemblaggio gerarchico di nanostrutture ibride organico-inorganico (polimero-metallo) in cui un livello di self-assembly guida il successivo. La chiave per l’ingegneria di questi materiali è l’abilità nel controllare la morfologia finale delle nanostrutture dei BCP e nell’ottenere un’infiltrazione selettiva di nanoparticelle in microdomini specifici delle nanostrutture. Nel presente progetto è stato utilizzato un copolimero a blocchi amorfo, poli(stirene-b-metilmetacrilato) (PS-b-PMMA), con frazione in volume scelta in modo tale da ottenere morfologia di tipo lamellare. Film sottili sono stati preparati mediante spin-coating o drop-casting a Tamb su un substrato trasparente e conduttivo quale ITO (Indium Tin Oxide). La scelta di questo substrato ha consentito di ottenere una orientazione perpendicolare dei microdomini lamellari di PS e PMMA formati per self-assembly. Infine, è stato realizzato un nanocomposito ibrido mediante incorporazione selettiva di nanoparticelle di oro all’interno dei domini di PS utilizzando un processo innovativo basato sull’evaporazione e condensazione di nanoparticelle metalliche [7, 8], le quali diffondono nei domini preferenziali formando nanoparticelle con selettività spaziale sulla superficie del film, in particolare dopo successivi trattamenti di ricottura.