Сканирующая силовая микроскопия полимерных структур на подложке (1097877), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В частности, применительно к макромолекулярным объектам, разработать математически корректную процедуру количественного конформационного анализа, определить характерные параметры, которые могут быть получены из подобного анализа, и оценитьстепень их достоверности с учетом возможных погрешностей, специфичных для метода ССМ.• Разработать методологию наблюдений трансформаций полимерныхструктур на подложке в режиме реального времени на уровне индивидуальных макромолекул с помощью ССМ. С этой целью реализоватьспособ прямого управления направленностью изменений за счет вариации состава паровой атмосферы вокруг образца — тем самым, используяодно из принципиальных преимуществ ССМ в сравнении с методамиэлектронной микроскопии, состоящее в отсутствии жестких ограничений, налагаемых на среду проведения исследований.• Объяснить закономерности наблюдаемых индуцированных трансформаций индивидуальных макромолекул на подложке в парах различных растворителей.
При этом, в том числе, применить разработанную методоло–5–гию количественного конформационного анализа и предложить интерпретацию получаемых значений определяемых параметров.• Отработать процедуру нанесения наноразмерных полимерных структурна подложку из растворов в СК СО2 , используя ССМ в качестве инструмента контроля их морфологии. Выявить основные достоинства, а такжевозможные методологические сложности данного способа нанесения объектов на подложку. Исследовать ряд типичных объектов и сопоставитьрезультаты исследования со стандартными методами приготовления образцов осаждением из жидких растворителей.
Количественно охарактеризовать морфологию осаждаемых из СК СО2 структур.Научная новизна. Новым, ранее малоизученным в экспериментальных работах эффектом, является продемонстрированное влияние поверхностного натяжения, а также линейного натяжения, на морфологию адсорбированныхнаноразмерных полимерных структур на подложке, включая индивидуальныемакромолекулы. Полученный комплекс результатов показал, что именно баланс поверхностных натяжений определяет наблюдаемый в ССМ итог конкуренции в растекании по поверхности амфифильных макромолекул и жидкойпленки, соадсорбированной из паровой фазы. Данная гипотеза нашла полноеподтверждение в систематических исследованиях направленности индуцируемых парами трансформаций при использовании различных по своим свойствамсовместно адсорбированных (макро)молекул, разных подложек и паров.
Влияние линейного натяжения проявлялось в ограничении периметра изолированных макромолекулярных островков при растекании (причем оно нивелировалось с ростом поверхностной плотности и степени перекрытия макромолекул),в снижении степени развитости периметра глобул, в контролировании роста истабилизации размера островковых структур из дендримеров при нанесении израстворов СК CO2 . Новыми подходами являются развитые и реализованныеконцепции проведения ССМ экспериментов с наноразмерными полимернымиобъектами на подложке в атмосфере паров разных растворителей, в сочетаниис количественным конформационным анализом индивидуальных макромолекул, а также нанесения полимерных структур на подложку из растворов в СКCO2 для последующего исследования методами микроскопии.Практическая ценность работы.
Разработанные экспериментальные методики проведения ССМ экспериментов в контролируемой атмосфере паров иразвитый метод количественного конформационного анализа статистики макромолекул, могут найти широкое применение в исследовательской лабораторной практике при изучении полимерных структур на подложке. Представленные в работе способы управления конформацией макромолекул путем экспозиции в парах существенно расширяют методологию эксперимента ССМ, об–6–легчая задачи идентификации полимерных объектов и верификации заключений, сделанных по результатам наблюдений.
Например, если макромолекулыадсорбированы на подложку из раствора в компактизованном состоянии, однозначное отождествление визуализируемых структур с компонентами раствораможет быть затруднено. Однако, если такие адсорбированные макромолекулыудается перевести в расправленное состояние путем экспозиции в парах адекватно подобранного растворителя, становится возможным провести измеренияконтурных длин, полидисперсности и сопоставить эти характеристики с результатами независимого анализа молекулярно-массового распределения. В такомслучае, достоверность идентификации визуализированных объектов резко повышается.
Разработанный способ нанесения высокооднородных тонкопленочных покрытий из среды СК CO2 может быть востребован в прикладных задачах функциональной модификации поверхностей материалов, особенно, шероховатой и пористой структуры. Перспективным представляется обеспечиваемоесочетание глубокой модификации всей доступной поверхности подобных материалов с сохранением (ввиду нанометровой толщины наносимых покрытий)их морфологических особенностей, и, как следствие, таких характеристик, каксвободный объем, газопроницаемость, иные транспортные свойства.Методы исследований, достоверность и обоснованность результатов.Основным методом исследования настоящей экспериментальной работы является ССМ, причем использованы микроскопы трех различных моделей, наиболее подходящие для решения тех или иных конкретных задач.
Для проведенияадсорбции из жидких растворителей применялся характеризующийся высокойвоспроизводимостью метод нанесения на вращающуюся подложку. В ходе исследований исключительное внимание уделено чистоте растворов, используемых для нанесения полимерных объектов на подложку. Помимо визуализацииисследуемых структур, нанесенных из растворов, как из жидких растворителей(Главы 2, 3), так и из СК СО2 (Глава 4), с помощью ССМ всегда проводилоськонтрольное тестирование чистоты используемого растворителя. При необходимости, были реализованы процедуры очистки и фракционирования раствора полимерного материала, а также очистки системы нанесения из СК СО2 .Обоснованность выводов и заключений подтверждается, в том числе, согласованностью результатов, полученных при использовании различных подложек(слюда, пирографит, кремний, титанат стронция), а также, при решении задачиуправления конформацией макромолекул, — широкого спектра паров жидкостей с различающимися свойствами.Апробация работы.
Основные результаты диссертации были представленыавтором лично на следующих международных конференциях :–7–девятом международном симпозиуме по сверхкритическим флюидам «Newtrends in Supercritical Fluids: Energy, Materials, Processing» (г. Аркашон, Франция, май 2009, организатор: Международное общество содействия развитиюсверхкритических флюидов);Европейском полимерном конгрессе «European Polymer Congress 2005»(г.
Москва, июнь – июль 2005, организаторы: Европейская полимерная федерация, Российская академия наук, Российский фонд фундаментальных исследований, Московский государственный университет);конференции по микроскопии Microscopy Conference 2005 «6 Dreiländertagung» (п. Давос, Швейцария, август – сентябрь 2005, организаторы: Австрийское общество электронной микроскопии, Германское общество электронноймикроскопии, Швейцарское общество оптики и микроскопии);конференции по тенденциям в нанонауке «Trends in Nanoscience: Structureand Functions» (мон. Ирзее, Германия, октябрь 2005, организаторы: объединенные исследовательские центры SFB 569 университета г.
Ульм и SFB 513 университета г. Констанц, исследовательская сеть «Функциональные наноструктуры»,Германия);летней школе по физике «мягкой материи» Scottish Universities SummerSchool in Physics 59 «Soft Condensed Matter Physics in Molecular and Cell Biology»(г. Эдинбург, Великобритания, март – апрель 2004, организаторы: Институтперспективной науки НАТО, Летние школы по физике шотландских университетов);ознакомительной встрече «Мосты для научного исследования» фонда Гумбольдта «Brücken für die Forschung; Alexander von Humboldt Stiftung / Foundation; Einführungstagung» (г. Кайзерслаутерн, Германия, октябрь 2003, организатор: Фонд Александра фон Гумбольдта);международном симпозиуме International Workshop «Scanning probe microscopy – 2002» (г.
Нижний Новгород, март 2002, организаторы: Институт физикимикроструктур РАН, Российский фонд фундаментальных исследований, Министерство индустрии, науки и технологии РФ, Нижегородский государственный университет);а также на российских конференциях :первой Всероссийской школе-семинаре «Современные достижения бионаноскопии» (г. Москва, июнь 2007, организатор: Московский государственныйуниверситет);XIII, XIV и XVI симпозиумах «Современная химическая физика» (пансионат МГУ «Буревестник», г.
Туапсе, Россия, сентябрь – октябрь 2001, сентябрь2002, сентябрь – октябрь 2004, организаторы: Президиум Российской АкадемииНаук, Отделение химии и наук о материалах РАН, Российский фонд фундамен-–8–тальных исследований, Институт проблем химической физики РАН, Институтхимической физики им. Н.Н. Семенова РАН).Публикации.
Всего по теме диссертации автором опубликовано, либо в российских рецензируемых научных журналах, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степенидоктора наук (согласно списку ВАК), либо в зарубежных научных изданиях,включенных в систему цитирования Web of Science — 45 статей. При этом,основные результаты работы, представляемые к защите, изложены в 25 из указанных публикаций (см. список в Заключении).Личный вклад автора. Автором лично развиты методики конформационного анализа, а также получены все экспериментальные результаты ССМ, изложенные в тексте диссертации, публикациях по работе и представляемые кзащите. Полимерные материалы для исследований были предоставлены партнерами по совместным работам.
Вклад автора в постановки задач исследованийи интерпретации результатов является определяющим.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, аналитического обзора литературы, включающего сопоставление с некоторымиоригинальными результатами (Глава 1), трех глав с изложением выносимыхна защиту оригинальных результатов (Главы 2–4, при этом каждая глава содержит краткий литературный обзор по конкретной теме исследования), Заключения (содержащего общие Выводы), Библиографии (504 наименования) иПриложения. Работа изложена на 452 стр., содержит 70 рисунков и 12 таблиц.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫГлава 1. Вопросы применения сканирующей силовой микроскопии кисследованию полимерных объектовВ первой главе рассмотрены общие принципы формирования изображенийССМ в основных режимах сканирования: контакта и прерывистого контакта.Специальное внимание уделено эффектам, искажающим получаемые изображения: применительно к исследованию адсорбированных структур это касалось эффектов уширения и занижения высот профиля, прописываемого иглоймикроскопа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
