Сканирующая силовая микроскопия полимерных структур на подложке (1097877)
Текст из файла
На правах рукописиГаллямов Марат ОлеговичСКАНИРУЮЩАЯ СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯПОЛИМЕРНЫХ СТРУКТУР НА ПОДЛОЖКЕСпециальность 02.00.06 — «Высокомолекулярные соединения»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукМосква — 2009 г.Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физическогофакультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.Официальные оппоненты:— доктор химических наук, академик РАНБучаченко Анатолий Леонидович— доктор физико-математических наукКудрявцев Ярослав Викторович— доктор физико-математических наук,профессор Лезов Андрей ВладимировичВедущая организация:— Институт синтетических полимерных материалов имениН. С.
Ениколопова РАНЗащита состоится 16 сентября 2009 г. вчасов на заседании Диссертационного Совета Д 501.002.01 в Московском Государственном Университетеим. М. В. Ломоносова по адресу:119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, физический факультетМосковского государственного университета имени М. В. Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М. В. Ломоносова.Автореферат разослан «» июня 2009 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 501.002.01кандидат физико-математических наукТ.
В. ЛаптинскаяОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Сканирующая силовая микроскопия (ССМ, также часто называемая атомно-силовой микроскопией) в последние годы привлекла широкий интерес исследователей, работающих в самых различных областях науки. Это проявилось во взрывном росте числа научных публикаций(до уровня десятков тысяч статей), авторы которых используют данный метод анализа поверхности.
Такие бесспорные преимущества метода, как сочетание нанометрового пространственного разрешения, неразрушающего характераанализа и возможности исследования диэлектрических материалов, оказалисьособенно востребованы при изучении наноразмерных объектов «мягкой материи» (soft matter): полимерных / органических структур, адсорбированных наповерхность твердой подложки. Тем не менее, проведенный в работе критический анализ показал, что во многих случаях применение ССМ не приводит кполучению какой-либо новой и достоверной информации об исследуемом объекте, не доступной из анализа иными методами.
Более того, в большинстверабот изображения ССМ играют второстепенную и иллюстративную роль.На основании обзора литературных данных, а также собственного экспериментального опыта, автор вынужден признать, что метод ССМ, в целом,характеризуется меньшей универсальностью, чем методы электронной микроскопии, зачастую уступая им как в информативности, так и, при исследованиинекоторых классов объектов, в пространственном разрешении.
Поэтому, актуальным является вопрос: когда и применительно к исследованию каких систем«мягкой материи» использование именно ССМ может быть признано наиболеерекомендованным, а когда, напротив, целесообразнее предпочесть иные методы анализа. Проведенный анализ показал, что существует определенная нишаприложений, в рамках которой преимущества ССМ перед методами электронной микроскопии бесспорны и сохранятся на многие годы. В частности, какпоказали результаты работы, достоинства ССМ особенно выражены при наблюдении in situ с нанометровым пространственным разрешением процессовтрансформации объектов на поверхности, стимулированных вариацией внешних условий (например, состава паровой фазы, окружающей образец).Вторым актуальным аспектом работы является стремление автора уйти отиллюстративного характера результатов ССМ, с тем, чтобы привнести универсальные количественные характеристики, описывающие морфологию визуализированных наноразмерных объектов.
Рассмотрены проблемы достоверностиизмеряемых значений, характеризующих размеры поверхностных структур, сучетом известных искажающих эффектов (артефактов) ССМ. Для частноготипа объектов исследования ССМ — одиночных адсорбированных макромолекул на подложке — развит метод количественного описания их конформации,–3–что позволяет ставить в соответствие полученным изображениям макромолекул конкретные числовые значения характеристического параметра (с погрешностями), которые можно в дальнейшем сопоставлять в сравнительном анализе. Данный подход позволяет перейти от «визуальности» или «иллюстративности» результатов исследования ССМ к строгим математическим процедураманализа, допускающим не только формулирование количественно обоснованных заключений, но и оценку степени их достоверности.Иным актуальным аспектом работы является методично продемонстрированная возможность управлять конформацией отдельных макромолекул натвердой подложке вариацией паровой атмосферы вокруг образца.
Проведенныесистематические наблюдения индуцированных конформационных переходов науровне отдельных макромолекул позволили сформулировать заключение о движущих силах процессов контролируемого растекания полимерных структур поподложке. Подобные явления были, в свое время, сравнительно хорошо изучены экспериментально и теоретически для макроскопических пленок на подложке. Однако, переход к ультратонким полимерным пленкам и, тем более,одиночным макромолекулам привносит совершенно новую специфику и, поэтому, требует методичного комплексного исследования, что актуально в связис выраженной тенденцией к миниатюризации приборов и устройств, к использованию все более тонких полимерных покрытий и функциональных модифицирующих пленок, в том числе самоорганизованных. При этом особенно важнавозможность прямого наблюдения с помощью ССМ процессов растекания поподложке (или, наоборот, обратного процесса потери смачиваемости подложки)ультратонких полимерных пленок с визуализацией одиночных макромолекул,как это продемонстрировано, в том числе, в настоящей работе.
Проведенныйкомплекс исследований создает плацдарм для дальнейшего развития данногоподхода применительно к исследованию взаимодействия макромолекул и подложки, в том числе, с целью разработки восприимчивых макромолекулярныхсистем, включая вопросы стимулированных конформационных переходов и направленного индуцированного смещения макромолекул, в частности, в рамкахреализации концепции «молекулярных движителей».Наконец, несомненно актуальным является развитый метод нанесения натвердые поверхности ультратонких полимерных пленок, супрамолекулярныхструктур и одиночных макромолекул из растворов в сверхкритической двуокиси углерода (СК СО2 ).
С одной стороны, СК СО2 является растворителемдля многих низкомолекулярных органических веществ и некоторых полимеров.С другой стороны, используя СК растворители, можно исключить реорганизующие эффекты, связанных с градиентами поверхностного натяжения, капиллярными силами, перемещениями трехфазной границы при высыхании растворителя (действие этих эффектов является типичным осложняющим фактором–4–при использовании стандартных жидких растворителей), что позволяет достигать высокой однородности нанесения полимерных структур на подложку.Цель и задачи работы. Цель настоящей работы состояла в развитии методологии ССМ и проведении исследований наноразмерных полимерных структур, адсорбированных на поверхность подложки.
При этом, особое вниманиебыло уделено исследовательским проблемам такой направленности, в которыхССМ может играть не традиционно второстепенную, иллюстративную роль,а служить самостоятельным и самодостаточным инструментом исследования,позволяющим получать принципиально новую информацию, которую затруднительно или вообще невозможно, на данном этапе развития методологии эксперимента, получать с применением иных исследовательских методик. С учетом указанной цели работы были поставлены следующие задачи:• Обозначить место ССМ в ряду родственных микроскопических методованализа, в первую очередь — в сопоставлении с методами электронноймикроскопии, чье развитие в последние годы было отмечено существенным прогрессом. На основании сравнительного анализа литературныхданных, а также в сопоставлении с некоторыми оригинальными результатами автора, очертить круг исследовательских проблем, в наибольшейстепени выигрышных для решения именно с помощью ССМ.• Развить методологию достоверного количественного анализа морфологии наноразмерных структур на подложке с учетом известных искажающих эффектов ССМ.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
