Одним из наиболее распространенных способов приготовления тонких полимерных пленок является нанесение капли полимерного раствора на подложку с последующим ее вращением (spin-coating). Растекание капли под действием центробежных сил, сопровождающееся испарением растворителя, ведет к образованию пленок со свободной поверхностью (пленка ограничена твердой поверхностью только с одной стороны). В случае диблок-сополимеров в пленках возникает нанодоменная структура. Для многих высокотехнологичных приложений (получение сверхплотных массивов для хранения информации, проводящих нанопористых мембран и др.) очень важно контролировать ориентацию нанодоменной структуры относительно подложки. Для ответа на вопрос, какие физические параметры контролируют ориентацию доменов в пленках со свободной поверхностью, нашей группой была впервые разработана теория, которая объяснила влияние взаимодействий блок-сополимеров с подложкой [1] и молекулярной массы [2].

Зависимость ориентации доменов от толщины пленки и молекулярной массы. Сравнение теории с экспериментом.

Фазовая диаграмма в тонкой пленки. Цифрами обозначены области стабильности различных структури: perpendicular lamellae (I), параллельные ламели с нижним A слоем (II), и параллельные ламели с нижним B слоем(III).

Дальнейшие исследования в этой области показали, что добавление жесткоцепных групп (лигандов) к одному из блоков [3] улучшает устойчивость перпендикулярной ориентации доменов и обеспечивает образование аморфных и жидкокристаллических доменов.

Возможные доменные структуры диблок-сополимера с ЖК группами. Сравнение теории с экспериментом.

Если уменьшать толщину пленки до размеров меньших равновесного периода микроструктуры в расплаве, то получатся так называемые сверхтонкие пленки. Нами впервые была построена теория таких пленок [4-6] для объяснения поведения диблок-сополимеров полистирола и поливинилпиридина, адсорбированных на слюде из разбавленного неселективного растворителя. Оказалось, что блоки поливинилпиридина сильно адсорбируются на поверхности, образуя практически мономолекулярный слой, а блоки полистирола агрегируют друг с другом. Разработанная теория количественно объяснила зависимость морфологии доменной структуры от композиции сополимера и размера доменов от длины блоков [4].

Структуру сверхтонких пленок можно усложнять, если адсорбировать на поверхность диблок-сополимеры разной химической структуры. В частности, нами было показано, что в результате самоорганизации смеси симметричных диблок-сополимеров типа AB и AC, у которых блоки А сильно адсорбированы на подложке (являются практически двумерными) и формируют корону мицеллы, агрегация блоков В и С может привести к образованию разнообразных структур. Если адсорбция блоков В и С соответствует частичному смачиванию, то могут быть устойчивы мицеллы со (i) смешанным ядром (блоки В и С однородно смешаны в ядре) и мицеллы с (ii) сегрегированным ядром (типа яичницы глазуньи, вареного яйца и янусоподобные, рис.) . При сильной несовместимости блоков В и С формируются «чистые» АВ и АС мицеллы. [7]

Хорошо известно, что в плотнопривитых планарных щетках цепи сильно вытянуты и характерное расстояние между концами цепи пропорционально ее контурной длине. Если в качестве цепей используется диблок-сополимер с несовместимыми блоками, то, казалось бы, наиболее ожидаемой структурой должен быть бислой. Однако, нами было показано, что с увеличением плотности  пришивки цепей бислой становится неустойчивым и перпендикулярно ориентированные домены «прорастают» из одного слоя в другой, формируя разнообразные структуры, рисунок. [8]

Типы возможных структур в плотнопривытых диблок-сополимерных щеках a) лунки для гольфа, b) овраги, c) и d) сталактиты  

Нами была разработана среднеполевая теория, описывающая равновесное поведение плотнопривитых щеток градиентных сополимеров в селективном растворителе, в рамках которой взаимодействия градиентного сополимера с растворителем описываются при помощи эффективного параметра взаимодействия Флори-Хаггинса, изменяющегося вдоль цепи.

Теория предсказывает как сильную вытяжку цепей в щетке, так и немонотонное поведение профиля плотности щетки и зависимости ее равновесной толщины от композиции сополимера даже при незначительной несовместимости мономерных звеньев .

Зависимость равновесной толщины щетки от композиции сополимера.