Анализ наноструктурированных полимерных пленок совмещенными методами атомно-силовой и интерференционной микроскопии (1102349)
Текст из файла
На правах рукописиМеньшиков Евгений АлександровичАНАЛИЗ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХПЛЕНОК СОВМЕЩЕННЫМИ МЕТОДАМИАТОМНО-СИЛОВОЙ И ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙМИКРОСКОПИИ02.00.06 – высокомолекулярные соединения01.04.01 – приборы и методы экспериментальной физикиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква 2009Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физическогофакультета Московского государственного университета им. М.В.
Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорЯМИНСКИЙ Игорь ВладимировичОфициальныедоктор физико-математических наукоппоненты:ВАСИЛЕВСКАЯ Валентина Владимировнакандидат физико-математических наукЕЖОВ Александр АнатольевичВедущая организация:Институт синтетических полимерныхматериалов им. Н.С. ЕниколоповаЗащита состоится «23» декабря 2009 г. в 1530 на заседании диссертационногосоветаД 501.002.01приМосковскомгосударственномуниверситетеим. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские Горы, МГУ,физический факультет, ауд. ЮФАС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ.Автореферат разослан «23» ноября 2009 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.01,кандидат физико-математических наукЛаптинская Т.В.2Общая характеристика работыАктуальность работы.За последние годы атомно-силовая микроскопия (АСМ) стала широкораспространенным и успешно применяемым инструментом исследованиясвойств поверхности, о чем свидетельствует постоянный рост публикаций,использующих данный метод анализа.
Несмотря на это, большинствоисследований методом АСМ носят во многом иллюстративный характер. Вместес тем для многих разделов современной науки, например, физики полимерныхпленок, получение точной информации о геометрических размерах являетсяособенно важным. Для получения достоверных измерительных результатовметодом АСМ в нанометровой области необходимым является решение целогоряда технических проблем: проведения калибровки прибора, оценки его шумови разрешающей способности, а также разработка численных методов анализаАСМ-изображений.
Несомненно, актуальным в решении задач высокоточногоисследования полимерных пленок может стать совмещение атомно-силовой сдругими видами микроскопии в одном приборе. Так, совмещение АСМ иинтерференционнойпозиционированиемикроскопиизонда,апозволиттакжепроводитькалибровкувысокоточноесканераАСМинтерференционными методами.Основным актуальным аспектом работы является изучение структурытонких пленок блок-сополимеров, поскольку их использование предоставляетширокие возможности для развития современных технологий.
Большой интерескблок-сополимернымматериаламобусловленявлениеммикрофазногорасслоения (МФР) – самопроизвольным наностуктурированием с образованиеминдивидуальных упорядоченных фаз, состоящих из мономерных звеньевразличной природы. В связи с технологической необходимостью созданиянаноматериалов с заданной структурой и свойствами, актуальной задачейпредставляется разработка методики точного определения статистическихзначений параметров структуры микрофазного расслоения на основании анализаАСМ-изображений.3Несомненно,актуальнойзадачейявляетсянаноструктурированиеполимерных пленок, не склонных к самопроизвольному формированиюнаноструктур.Интереспредставляютпленкиполиамидов,атакжекомпозиционные электропроводящие материалы на их основе, которыеблагодаря сочетанию своих электрических и механических свойств являютсянаиболее перспективными для развития некремниевой электроники.
В работерассмотреныактуальныевопросызависимостиструктурыполучаемогокомпозиционного материала полианилин-найлон-6 от свойств найлоновойматрицы, а так же от условий полимеризации анилина.Особенноактуальнымвопросомработыявляетсявозможностьформирования наноструктур из проводящих полимеров на диэлектрическихполимерных матрицах. Осуществление литографии проводящими полимерамиоткрывает широкие возможности для развития полимерной электроники.Цель и задачи работы.Цель настоящей работы состояла в получении новых данных онаноразмерных полимерных структурах.
Особое внимание было уделенопроведению статистически достоверных исследований. В соответствии суказанной целью работы поставлены следующие задачи:• Развить способ количественного анализа структуры микрофазногорасслоения в тонких пленках блок-сополимеров, визуализируемых спомощью атомно-силовой микроскопии.• Исследоватьтонкиепленкитриблок-сополимераполистиролполиметилакрилат-полистирол при различных относительных концентрацияхполистирола и полиметилакрилата.• Оценить величину параметра Флори-Хаггинса для взаимодействияполистирола и полиметилакрилата.• Исследовать процессы наноструктурирования в пленках найлона-6 пригидротермической обработке.• Изучить факторы, влияющие на процессы наноструктурирования вкомпозиционном материале полианилин-найлон-6• Изучить возможность формирования электрически проводящих наноструктуриз полианилина на диэлектрических матрицах найлона-6.4• Развить методику калибровки, определения разрешающей способности ивеличины эффекта «уширения» атомно-силовых микроскопов.• Развить совмещенную атомно-силовую интерференционную микроскопию.Научная новизна диссертации.В представленной работе впервые разработаны универсальные алгоритмыдля анализа АСМ-изображений доменной и ламеллярной структуры пленокблок-сополимеров, позволяющие получать статистические величины структурымикрофазногорасслоениянаосновеобработкибольшихмассивовизмерительных данных.
Разработаны алгоритмы для автоматической обработки.ВпервыеметодомАСМисследованыпленкитриблок-сополимераполистирол-полиметилакрилат-полистирол. Показано наличие микрофазногорасслоения при различных относительных концентрациях полистирола иполиметилакрилата. Определены значения структурных параметров пленок.Оцененаобусловленнаягеометрическимиразмерамизондавеличина«уширения» фаз, отображаемых на АСМ-изображениях.Впервые оценена величина параметра Флори-Хаггинса для взаимодействияполистирола и полиметилакрилатаВпервые показаны поверхностные и фазовые изменения в пленкахнайлона-6 в процессе гидротермической обработки.Показаназависимостьморфологиикомпозиционногоматериалаполианилин-найлон-6 от условий перемешивания реакционной смеси в процессеполимеризации анилина при получении композиционного материала.Впервые продемонстрирована возможность формирования наноструктур изпроводящих полимеров на диэлектрических подложках методом атомносиловой микроскопии.Осуществленообъединениеатомно-силовойиинтерференционноймикроскопии, при котором реализовано совмещение интерференционнойоптической схемы с оптической системой контроля изгиба кантилевера АСМ.Развиткритерийопределенияразрешающейзондовых микроскопов.5способностисканирующихПрактическая значимость.Предложенный метод количественного анализа структуры микрофазногорасслоения может быть востребован в прикладных задачах определениястатистических характеристик материалов.
Продемонстрированное микрофазноерасслоение в пленках полистирол-полиметилакрилат-полистирол может бытьиспользовано для создания нанопроводов, биосенсоров, магнитных носителейинформации ультра высокой плотности и т.п. Полученная оценка параметраФлори-Хаггинса может быть использована для теоретических расчетов иматематического моделирования систем, содержащих цепи полистирола иполиметилакрилата. Возможность формирования электрически проводящихструктур из полианилина на диэлектрических матрицах найлона-6, а такжерезультаты исследований композиционного материала полианилин-найлон-6представляютсяценнымидляразвитияполимернойэлектроники.Представленный в работе совмещенный атомно-силовой интерференционныймикроскопможетнайтилабораторной практикеширокоеприменениевисследовательскойпри совмещенных исследованиях на различныхпространственных и временных масштабах.
Основными областями примененияприбора могут быть материаловедение (исследование прозрачных пленок инанообъектов), биология (исследование клеток, бактерий), исследованиеповерхностных процессов (комплексообразование, изменение шероховатости),кристаллография (исследование поверхности кристаллов и процессов их роста),метрология. Развитые методики проведения калибровки и определенияразрешающей способности АСМ универсальны и могут быть применены дляразличных видов сканирующих зондовых микроскопов.Материалы и методы.Всеизмеренияметодамиатомно-силовойиинтерференционноймикроскопии проводили на совмещенном микроскопе, на базе сканирующегозондового микроскопа ФемтоСкан (Центр перспективных технологий, Россия).При АСМ измерениях в контактном режиме сканирования использовали6коммерческие кантилеверы (Mikromasch, Россия) fpС11S с жесткостью 0,03 и0,1 Н/м, в резонансном режиме - fpN11S с жесткостью 11,5 и 5,3 Н/м.Электронно-микроскопическиеисследованиявыполнялинапросвечивающем электронном микроскопе LEO912AB (Zeiss, Германия).Триблок-сополимерыпредоставленыполиcтирол-полибутадиен-полистиролВоронежскимфилиаломНИИсинтетического(СБС)каучука(ВНИИСК).
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}
