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聚合物薄膜的微纳米图案化在微电子行业、光电产业、生物仿生、传感器等很多领域具有广泛的应用前景。本文主要研究了非结晶态嵌段共聚物系统的自组装行为和结晶态聚合物体系的结晶行为，以及在受限情况下对各个体系图案形貌的控制诱导。
嵌段共聚物的微观相分离可以在5-50nm范围中形成多样且复杂的自组装图案结构。通过极稀聚合物溶液浇铸成膜，以及聚合物溶液滴铸成膜结合溶剂退火法两种方法在液体基底上获得了平衡态的嵌段共聚物薄膜，研究了线性三嵌段共聚物聚苯乙烯-聚（乙基/丁基烯）-聚苯乙烯(SEBS)体系在液态基底上成膜的自组装形貌结构。为了研究聚合物和液体基底之间的相互作用，比较了普通SEBS和经2wt.％马来酸酐接枝修饰的SEBS-g-MA在纯水液面上成膜行为和平衡态微观分相的不同。研究发现，少量的功能性基团足以改变聚合物溶液在水面上的铺展行为，并影响嵌段共聚物微观分相的有序排布;而用表面活性剂水溶液作为基底时，在界面上聚集的表面活性剂则有助于诱导共聚物分相结构的有序性。另一方面，通过比较溶剂对聚合物的亲和性以及成膜溶液的浓度对嵌段共聚物膜表面形貌的影响发现:由中性甲苯溶剂铸膜，可以得到平行于基底的三嵌段共聚物柱状分相;而强选择性溶剂正庚烷可以改变嵌段共聚物膜的自组装分相结构，使其从柱状分相转变为球状分相;在轻度选择性苯溶剂中，聚合物膜的图案形貌还与成膜溶液的浓度有关:在交叠浓度以上，溶液中的聚合物链相互穿插，成膜后得到柱状分相，此时溶剂的选择性对嵌段共聚物微观相分离的影响不大;而交叠浓度以下的聚合物链团相互分离，溶剂的选择性成为主导因素，此时成膜得到球状微观分相结构。利用嵌段共聚物与溶剂的相互作用参数(△X)以及聚合物在溶液中的体积分数（(φ)）解释了嵌段共聚物在溶液溶胀和溶剂蒸发过程中自组装微观分相行为的变化。
运用流体电动力学(electrohydrodynamic，EHD)图案化技术制备了聚苯乙烯(PS)均聚物以及对称的聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)两嵌段共聚物体系的图案结构。在液态聚合物/空气双层膜上施加电压，液膜上的静电压力可以克服表面张力的作用在液面上诱导生成具有特征波长的不稳定性波动，并可以最终形成跨越两电极的微米级EHD聚合物结构。其中，均匀电场可以诱导聚合物形成自发式的EHD圆柱状阵列;嵌段共聚物还可以在圆柱内发生进一步的微观相分离生成平行柱轴取向的层状分相，而通过调节电场与表面场的相互作用则可对圆柱受限层状分相的排布进行筛选，得到均一的同心圆层状结构和散射状层状排布。异质电场可以诱导的核不稳定性EHD环形波动的生成，在均聚物体系中，此环形波动上还会发生二次波动，最终形成沿环排列的EHD圆柱结构;在嵌段共聚物体系中，聚合物的内能可以压制二次不稳定性波动的发生，形成靶心状圆环组，圆环由沿环平行排布的嵌段共聚物层状相组成。当聚合物膜在电容中具有高填充率时，生成的EHD结构会发生合并;在嵌段共聚物体系中配合流体的剪切可以获得大面积由平行站立层状相组成的嵌段聚合物膜。用流体动力学的线性稳定性分析可以解释聚合物液膜上生成的EHD不稳定性波动和圆柱受限的嵌段共聚物微观分相结构;而靶心EHD嵌段共聚物圆环结构的稳定性则可以通过计算体系的自由能进行定性的分析。
除了非结晶态的聚合物体系，我们还用原子力显微镜原位在线跟踪了聚环氧乙烷(PEO)均聚物和聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PEO-b-PPO-b-PEO)嵌段共聚物在超薄膜中的结晶生长过程。在受限情况下，聚合物分子链来回折叠生成片晶，片晶继而在扩散控制下生成准二维的结晶图案。其中，PEO在其自身晶胞尺寸的影响下可以形成典型的正交树枝状结晶;在剪切场的诱导作用下聚合物链发生拉伸，这一分子链构型有利于纤维状结晶的生长，其结晶生长的速度和结晶结构的稳定性都高于同等条件下生成的树枝状结晶。