离子液体（Ils）具有优异的物理和化学性质，在色谱、催化、电池、光伏、传感器、致动器、润滑剂和润湿性控制等领域具有广泛的应用前景。一些应用，例如与微电子、蛋白质微阵列和气体传感器的集成，需要沉积和图案化IL膜。然而，目前ILs的膜沉积和高分辨率图案化仍然是一个挑战。在化学气相沉积（CVD）中，通过挥发性前体的反应在衬底上形成所需化合物的薄膜，通常可实现出色的厚度控制。
近日，鲁汶大学Rob Ameloot报道了首次提出了离子液体的化学气相沉积（IL-CVD）的新概念。IL-CVD方法是基于通过两个蒸发的前体反应形成不挥发的IL。
文章要点
1）作为CVD方法的第一步，液态1-甲基咪唑（mim）暴露在80 °C下更易挥发的前体1-溴丁烷 （BB）的蒸气中。由于液体亲核前驱体对BB的吸附，mim可以成功地转化为高纯度的[bmim]Br，以mim为基准，产率可达82%。通过遵循相同的方案，这种方法的范围可以扩展到作为亲核前体的其他咪唑、脂肪胺和吡啶。由于IL的非挥发性，在动态真空中加热可以很容易地除去残留在IL中的未反应前体。1H NMR结果显示，在动态真空中加热到120 °C，可以完全去除mim/[bmim]Br混合物中的mim（最初为16mol%）。或者在形成的IL中过量的mim可以通过更长的BB暴露来与[bmim]Br完全反应。此外，通过将更多的mim从气相吸收到形成的[bmim]Br中，导致68mol% mim（在120°C）的平衡混合物，以及随后暴露在BB中导致完全转化，可以增加IL的量。
2）接下来，将前驱体蒸气形成IL的过程扩展到薄膜沉积。为了在硅片上形成IL，首先沉积了一种与亲核试剂mim有亲和力的聚合物光刻胶薄膜。然而，一旦停止给药，mim将迅速从裸露的衬底上解吸，而mim渗入的合适的抗蚀剂层可以充当缓冲池。在第二步中，引入BB蒸气，它渗透到抗蚀剂中并与mim反应形成“离子凝胶”。研究人员展示了一种IL-CVD流动反应器，其中前体蒸汽由氮气载流顺序引入。
3）由于前驱体选择性地吸收到光刻胶中而不是裸露的衬底上，因此通过IL-CVD和标准光刻的结合可以很容易地获得离子凝胶微图形。在CVD过程中，前驱体的渗透和IL的形成使固体抗蚀剂液化，由于衬底的高接触角，导致面内收缩和形成离子凝胶微滴阵列。例如，在3 µm厚的抗蚀剂层中的100 µm正方形图案被转换成直径85 µm、高度20 µm的离子凝胶微滴阵列。所得到的微滴阵列可以用作微反应器。
这项研究所提出的IL-CVD方法将有助于在一系列应用和微制造器件中利用ILS的特性。
参考文献
Martin Obst, et al, Chemical Vapor Deposition of Ionic Liquids for the Fabrication of Ionogel Films and Patterns Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110022
https://doi.org/10.1002/anie.202110022
