逐层合成与自支撑共轭微孔聚合物纳米膜的转移

本实验的总体目标是获得自支撑的共轭微孔聚合物纳米膜。该方法有助于解决共轭微孔聚合物领域中的关键问题，例如如何制备通常不溶性材料的薄膜和自支撑膜。该技术的主要优势在于，可通过在基底上逐步合成的方式，制备出厚度极低且均匀一致的膜，并实现其有效转移。

尽管该方法可用于膜分离，但也可应用于其他领域，如有机电子学或非均相催化。演示该实验操作的将是来自我们实验室的技术员 yonic。准备用于CMP制备的装置。

使用一个500毫升单颈圆底烧瓶，加入300毫升四氢呋喃（THF）。将涂有末端为羟基的自组装单分子层（SAM）的预处理基底放入样品室中，并使用样品架使基底直立放置。通过回流冷凝管顶部的接口将装置连接到施兰克线（schleck line）。

用惰性气体对装置抽真空并通气三次。然后通过样品室底部的出口将四氢呋喃（THF）从样品室中排出，并关闭出口。接着，通过带隔垫的螺口盖，向样品室中加入1毫升已配制的TPM azi溶液和0.5毫升铜催化剂溶液。

使用带有空心针头的注射器，将溶液依次从侧边烧瓶转移至反应装置。等待约30分钟后，打开样品室底部的出口，放出反应溶液。关闭出口，并收集冷凝的四氢呋喃（THF）用于冲洗样品。

再等待约30分钟，然后打开样品室底部的出口，排出清洗液，并关闭出口。通过带隔膜的螺口盖，向样品室中加入1毫升已配制好的TPM Aine溶液和0.5毫升铜催化剂溶液。使用带中空针头的注射器，将溶液依次从储液瓶转移至反应装置中。

等待约30分钟后，打开样品室底部的出口，放出反应溶液。关闭出口，并收集冷凝的四氢呋喃用于冲洗样品。再等待额外的30分钟后，重复依次加入步骤，直至达到所需的层数，每层厚度约为一纳米。

最后一步，取出涂有 CMP 的云母基底，用四氢呋喃和乙醇冲洗，然后在氮气流下吹干。将旋涂仪设置为：从 0 升至 4,000 RPM 的加速时间为 10 秒，保持 40 秒的旋涂时间，再从 4,000 降至 0 RPM 的减速时间为 10 秒。

将涂有 CMP 的云母基底放置在旋涂仪上，并将 A-P-M-M-A 溶液滴加到晶圆表面，直至完全覆盖。启动旋涂仪，用剪刀从涂覆后的云母基底每边各剪去 1 毫米以修整边缘。然后，用碘-碘化钾溶液填充一个 150 毫升的结晶皿，并用碘化钾溶液填充一个 100 毫升的结晶皿。

将PMMA包被的CMP金膜置于云母基底上，使云母与碘化钾溶液上方的溶液接触。注意勿使其沉入溶液中。静置至少五分钟，然后将PMMA包被的CMP金膜-云母基底从碘化钾溶液转移至碘化钾溶液上方，使云母与溶液接触。

再次注意，确保其不沉入水中，并至少等待五分钟。接下来，用蒸馏水填充一个 250 毫升的结晶皿。通过将基底从一端略微浸入蒸馏水中，从云母表面剥离 P-M-M-A-C-M-P 金膜。

握住基底，使云母朝向水面，通过将硅片接近漂浮的P-M-M-A-C-M-P金膜，将P-M-M-A-C-M-P金镀在硅片上。缓慢移动硅片直至其接触到膜的边缘，然后缓慢地将硅片从溶液中拉出。一旦硅片与P-M-M-A-C-M-P金膜接触，便开始将基底的一侧略微浸入碘化钾溶液中，使P-M-M-A-C-M-P金膜从硅片上剥离，并在金完全蚀刻后等待15分钟。

通过硅片将P-M-M-A-C-M-P膜转移至水中，再等待15分钟。重复此步骤三次，以用水清洗膜。然后将清洗后的P-M-M-A-C-M-P膜转移至镀金硅片上。

同前，让 P-M-M-A-C-M-P 基底干燥并在空气中放置至少两小时。为溶解 PMMA，将 P-M-M-A-C-M-P 基底放入丙酮中，静置 30 分钟。

取出基底并用丙酮冲洗。重复此步骤三次后，让化学机械抛光（CMP）基底干燥至少两个小时。这些膜通过红外反射、吸收光谱法或红外光谱（ir）进行表征。

此处所示的 RAS 是从转移至金晶圆的 CMP 膜获得的 IRRA 光谱。芳香骨架振动的典型吸收峰位于 1,605、1,515 和 1,412 cm⁻¹。若存在未反应完全的残余叠氮基或炔基，则可在 2,125 和 1,227 cm⁻¹ 处观察到其特征吸收峰。

图中显示的是一张扫描电子显微镜图像。悬空的薄膜清晰可见。一旦掌握，若操作得当，该转移技术可在一小时之内完成。在进行此操作时，需特别注意在旋涂完成后，应按照本方案剪切微基底的边缘。

其他方法，如合成修饰或光刻图案化，可在纳米膜开发后用于优化其目的化学性质，以满足特定应用需求。该技术可帮助聚集性微/纳尺度聚合物领域的研究人员将有前景的体相性质转化为实际器件。