journal article·2013-05-28

Electric Field Induced Selective Disordering in Lamellar Block Copolymers

Markus Ruppel, Christian W. Pester, Karol M. Langner, Geert J. A. Sevink, Heiko G. Schoberth, Kristin Schmidt, Volker S. Urban, Jimmy W. Mays, Alexander Böker

ACS Nano· Volume 7· Issue 5
Publisher page

Abstract

External electric fields align nanostructured block copolymers by either rotation of grains or nucleation and growth depending on how strongly the chemically distinct block copolymer components are segregated. In close vicinity to the order-disorder transition, theory and simulations suggest a third mechanism: selective disordering. We present a time-resolved small-angle X-ray scattering study that demonstrates how an electric field can indeed selectively disintegrate ill-aligned lamellae in a lyotropic block copolymer solution, while lamellae with interfaces oriented parallel to the applied field prevail. The present study adds an additional mechanism to the experimentally corroborated suite of mechanistic pathways, by which nanostructured block copolymers can align with an electric field. Our results further unveil the benefit of electric field assisted annealing for mitigating orientational disorder and topological defects in block copolymer mesophases, both in close vicinity to the order-disorder transition and well below it.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Block Copolymer Self-Assembly · Rheology and Fluid Dynamics Studies · Theoretical and Computational Physics

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Chemical Sciences Division, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, Tennessee 37831, United States

DWI an der RWTH Aachen e.V., RWTH Aachen University, Aachen, NRW 52056, Germany

Leiden Institute of Chemistry, Leiden University, P.O. Box 9502, 2300 RA Leiden, The Netherlands

Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, SLAC National Accelerator Laboratory, Menlo Park, California 94025, United States

Biology and Soft Matter Division, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Oak Ridge, Tennessee 37831, United States

References (73)

Show source-provided references
1. Hadjichristidis, N.; Pispas, S.; Floudas, G.Block Copolymers: Synthetic Strategies, Physical Properties, and Applications;John Wiley & Sons, Inc.:Hoboken, 2002; Chapter 19, pp346–361.10.1002/0471269808 ↗
2. Abetz V. · Adv. Polym. Sci. · 2005 · 189 · 12510.1007/12_004 ↗
3. Bang J. · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 476910.1002/adma.200803302 ↗
4. Park C. · Polymer · 2003 · 44 · 672510.1016/j.polymer.2003.08.011 ↗
5. Nie Z. · Nat. Mater. · 2008 · 7 · 27710.1038/nmat2109 ↗
6. Edwards E. · Adv. Mater. · 2004 · 16 · 131510.1002/adma.200400763 ↗
7. Cheng J. Y. · Adv. Mater. · 2006 · 18 · 250510.1002/adma.200502651 ↗
8. Chang J.-B. · ACS Nano · 2012 · 6 · 207110.1021/nn203767s ↗
9. Berry B. C. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 278910.1021/nl071354s ↗
10. Fukunaga K. · Macromolecules · 2000 · 33 · 94710.1021/ma9910639 ↗
11. Kim T. H. · Adv. Mater. · 2008 · 20 · 52210.1002/adma.200700651 ↗
12. Segalman R. A. · Adv. Mater. · 2001 · 13 · 115210.1002/1521-4095(200108)13:15<1152::AID-ADMA1152>3.0.CO;2-5 ↗
13. Kim S. O. · Nature · 2003 · 424 · 41110.1038/nature01775 ↗
14. Chen Z. R. · Science · 1997 · 277 · 124810.1126/science.277.5330.1248 ↗
15. Angelescu D. E. · Adv. Mater. · 2004 · 16 · 173610.1002/adma.200400643 ↗
16. Grigorova T. · Macromolecules · 2005 · 38 · 743010.1021/ma050081p ↗
17. Tao Y. F. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 274210.1021/nl0712320 ↗
18. Mauter M. S. · ACS Nano · 2010 · 4 · 665110.1021/nn102047j ↗
19. Majewski P. W. · J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. · 2012 · 50 · 210.1002/polb.22382 ↗
20. Morkved T. L. · Science · 1996 · 273 · 93110.1126/science.273.5277.931 ↗
21. Thurn-Albrecht T. · Macromolecules · 2000 · 33 · 325010.1021/ma991896z ↗
22. Böker A. · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 89 · 13550210.1103/PhysRevLett.89.135502 ↗
23. Xu T. · Macromolecules · 2004 · 37 · 262510.1021/ma035805g ↗
24. Russell T. P. · Macromolecules · 1998 · 31 · 439910.1021/ma971883q ↗
25. Morariu M. D. · Nat. Mater. · 2003 · 2 · 4810.1038/nmat789 ↗
26. Olszowka V. · Soft Matter · 2006 · 2 · 108910.1039/B612304J ↗
27. Amundson K. · Macromolecules · 1993 · 26 · 269810.1021/ma00063a010 ↗
28. Schmidt K. · Soft Matter · 2007 · 3 · 44810.1039/B614143A ↗
29. Tsori Y. · Nature · 2004 · 430 · 54410.1038/nature02758 ↗
30. Wirtz D. · Phys. Rev. Lett. · 1993 · 71 · 223610.1103/PhysRevLett.71.2236 ↗
31. Xu T. · Macromolecules · 2004 · 37 · 698010.1021/ma049235b ↗
32. Schoberth H. G. · Macromolecules · 2009 · 42 · 343310.1021/ma900166w ↗
33. Schmidt K. · Nat. Mater. · 2008 · 7 · 14210.1038/nmat2068 ↗
34. Pester C. W. · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 404710.1002/adma.201102192 ↗
35. Darling S. B. · Prog. Polym. Sci. · 2007 · 32 · 115210.1016/j.progpolymsci.2007.05.004 ↗
36. Nelson D. R. · 2002
37. Hammond M. R. · Macromolecules · 2005 · 38 · 657510.1021/ma050479l ↗
38. Kleman M. · Rev. Mod. Phys. · 2008 · 80 · 6110.1103/RevModPhys.80.61 ↗
39. Landau L. D. · 1984
40. Tsori Y. · Rev. Mod. Phys. · 2009 · 81 · 147110.1103/RevModPhys.81.1471 ↗
41. Schmidt K. · Macromolecules · 2010 · 43 · 426810.1021/ma100278q ↗
42. Amundson K. · Macromolecules · 1994 · 27 · 655910.1021/ma00100a047 ↗
43. Gunkel I. · Macromolecules · 2007 · 40 · 218610.1021/ma0623993 ↗
44. Pinna M. · Soft Matter · 2009 · 5 · 97010.1039/b814969k ↗
45. Sevink G. J. A. · Soft Matter · 2011 · 7 · 516110.1039/c0sm01395a ↗
46. Fredrickson G. H. · Macromolecules · 1989 · 22 · 123810.1021/ma00193a040 ↗
47. Lodge T. P. · J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. · 1995 · 33 · 228910.1002/polb.1995.090331614 ↗
48. Böker A. · Macromolecules · 2003 · 36 · 807810.1021/ma021347k ↗
49. Schmidt K. · Langmuir · 2005 · 21 · 1197410.1021/la051346w ↗
50. Schoberth, H.; Pester, C. W.; Ruppel, M.; Urban, V. S.; Böker, A.Orientation-Dependent Order-Disorder Transition Temperatures of Block Copolymer Lamellae in Electric Fields. Manuscript submitted for publication 2013,10.1021/mz400013u ↗
51. Böker A. · Macromolecules · 2002 · 35 · 131910.1021/ma0108113 ↗
52. Onuki A. · Macromolecules · 1995 · 28 · 878810.1021/ma00130a011 ↗
53. Klug H. P. · 1974
54. Stribeck N. · 2010
55. Onuki A. · Physica A · 1995 · 217 · 3810.1016/0378-4371(94)00024-N ↗
56. De Gennes P.-G. · 199510.1063/1.2808028 ↗
57. Matsen M. W. · Soft Matter · 2006 · 2 · 104810.1039/b611064a ↗
58. Tsori Y. · Macromolecules · 2002 · 35 · 516110.1021/ma0117716 ↗
59. Hashimoto T. · J. Phys. Soc. Jpn. · 1994 · 63 · 220610.1143/JPSJ.63.2206 ↗
60. Sakamoto N. · Macromolecules · 1995 · 28 · 682510.1021/ma00124a018 ↗
61. Koga T. T. · J. Chem. Phys. · 1999 · 110 · 1107610.1063/1.479006 ↗
62. Hamley I. W. · Prog. Polym. Sci. · 2004 · 29 · 909
63. Olvera de la Cruz M. · Macromolecules · 1986 · 19 · 250110.1021/ma00164a008 ↗
64. Higgins J. S. · 1997
65. Hołyst R. · Phys. Rev. A · 1991 · 44 · 369210.1103/PhysRevA.44.3692 ↗
66. Hashimoto T. · Polym. Commun. · 1989 · 30 · 4510.1016/0032-3861(89)90381-9 ↗
67. Dai H. J. · Phys. Rev. Lett. · 1996 · 77 · 367710.1103/PhysRevLett.77.3677 ↗
68. DeRouchey J. · Macromolecules · 2004 · 37 · 253810.1021/ma034739f ↗
69. Ogawa T. · Macromolecules · 1996 · 29 · 211310.1021/ma951066v ↗
70. Sakamoto N. · Macromolecules · 1997 · 30 · 162110.1021/ma960610c ↗
71. Matsen M. W. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 25830210.1103/PhysRevLett.95.258302 ↗
72. Olszowka V. · ACS Nano · 2009 · 3 · 109110.1021/nn900081u ↗
73. Schmalz H. · Macromolecules · 2001 · 34 · 872010.1021/ma010875d ↗