Анализ наноструктурированных полимерных пленок совмещенными методами атомно-силовой и интерференционной микроскопии (1102349), страница 2
Текст из файла (страница 2)
[ПС]:[ПБ]=0,85:0,15; <Mw>=100 000, ММР составляет 1,03÷1,04.Тонкие пленки СБС готовили из 1% раствора полимера в толуоле (ХИММЕД,Россия) методом прямой адсорбции (solvent-casting) на свежесколотой слюде.Толщина пленок задавалась количеством наносимого раствора, контрольтолщины проводилиинтерференционным и атомно-силовым методамисовместно. Пленки формировали при различных условиях: быстром испарениирастворителянаоткрытомвоздухе(~1 мин.);медленномиспарениирастворителя в насыщенных парах толуола (~24 час); а также при медленномиспарении растворителя в насыщенных парах толуола с последующим отжигомпри температуре 110ºС в течение 1, 2, 4 часов. Тонкие пленки СБС для ПЭМготовили из 1% раствора полимера в толуоле. Пленку формировали наповерхности воды и затем снимали на сеточки для электронной микроскопии.Перед исследованием пленки выдерживали в парах тетраокиси осмия (OsO4) дляконтрастирования двойной связи полибутадиена.Триблок-сополимеры полиcтирол-полиметилакрилат-полистирол (СМАС)получены методом псевдо-живой радикальной полимеризации и предоставленыМ.Ю.
Заремским(лабораторияполимеризационныхпроцессовкафедрывысокомолекулярных соединений химического факультета МГУ). Исследоваличетыресерииобразцов1)Mn=60 000,[ПС]:[ПМА]=1:52) Mn=75 000,[ПС]:[ПМА]=1:3 3)Mn=75 000, [ПС]:[ПМА]=1:2 4) Mn=30 000, [ПС]:[ПМА]=1:1.ММР составляет 1,1÷1,3.
Пленки готовили из 1% раствора полимера вхлороформе (ХИММЕД, Россия) методом прямой адсорбции на свежесколотойслюде. Испарение растворителя производили в насыщенных парах хлороформа.Толщину пленок задавали количеством наносимого раствора, контроль толщиныпроводили интерференционным и атомно-силовым методами совместно.7Пленки найлона-6 марки ПК-4 (ООО «Капролит», Россия) подвергалигидротермической обработке при 100 ºС в течение 30, 60, 90 минут. Толщинапленок 90 мкм.Для получения композиционного материала полианилин-найлон-6 пленкинайлона-6 насыщали в 0,38 моль/л водном растворе анилина в течение 5 часов.Абсорбировавшие анилин пленки найлона-6 погружали в раствор анилина(0,17 моль/л) в 1 М HCl, к которому постепенно добавляли водный растворперсульфата аммония (0,21 моль/л) в 1 М HCl.
Готовили две серии образцов сперемешиванием и без перемешивания реакционной смеси в процессеполимеризации. После окончания реакции (60 мин) пленки промывалираствором 1М НСl и сушили на воздухе в течение 24 ч.Для осуществления литографии пленки найлона-6 насыщали в течение5 часов в водном растворе анилин гидрохлорида (0,5 моль/л) в 1М HCI. Остриекантилевера обрабатывали водным раствором персульфата аммония (0,2 моль/л 0,6 моль/л).
При контакте зонда АСМ с насыщенной анилин гидрохлоридомпленкой найлона-6 полимеризация анилина происходила под действиемсолянокислого раствора персульфата аммония.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы былидоложены на конференции "Малый полимерный конгресс" (г.
Москва, 2005), наВторой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых«Современныепроблемы науки о полимерах» (г. Санкт-Петербург , 2006), на ХIII и ХIVВсероссийских конференциях «Структура и динамика молекулярных систем»(Яльчик, Россия, 2006, 2007), на конференциях молодых ученых институтафизической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (г.
Москва, 2006,2007, 2008), наIV Всероссийской Каргинской Конференции «Наука ополимерах 21-му веку» (г. Москва, 2007), на Международной научнойконференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2007" (г.Москва, 2007), на Первой, Второй и Третьей Международной конференции“Современные достижения бионаноскопии” (г. Москва, 2007, 2008, 2009), наМеждународном студенческом исследовательском форуме “International Student8Research Forum” (Омаха, США, 2008), на конференции по полимернымматериалам “Polymer Materials” (г.
Халле, Германия, 2008), на VI Открытойукраинскойконференциимолодыхученыхповысокомолекулярнымсоединениям “ВМС-2008” (г. Киев, Украина, 2008), на Международномконкурсе научных работ молодых ученых в области нанотехнологий в рамкахМеждународногофорумапонанотехнологиям(г.Москва,2008),наконференции-конкурсе научных работ в области физики студентов и аспирантовФизического института им. П.Н. Лебедева РАН (г. Москва, 2009)Личный вклад автора.Разработка методики совмещения атомно-силовой и интерференционноймикроскопии выполнена автором самостоятельно.
Все измерения методамиатомно-силовой и интерференционной микроскопии, анализ и интерпретацияэкспериментальных данных проведены автором лично.Публикации.Основные результаты диссертации изложены в 34 печатных работах,включая 5 статей в российских журналах, 2 патента, 5 статей в периодическихсборниках и 22 тезиса докладов на российских и международных конференциях.Структура и объем диссертационной работы.
Диссертационная работасостоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы,включающего 151 наименование. Работа изложена на 130 страницах, содержит56 рисунков, 7 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обсуждается актуальность выбранной темы диссертационнойработы, определяются её цели и задачи.В главе 1 приводится обзор литературных данных о методах исследования иобъектах. Подробно описываются исследования свойств объектов методамисканирующей зондовой и интерференционной микроскопии.В разделе 1.1 описываются основные принципы сканирующей зондовоймикроскопии, особое внимание уделяется атомно-силовой микроскопии (АСМ)9и анализу АСМ-изображений.
Рассматриваются вопросы калибровки иопределения разрешающей способности атомно-силовых микроскопов. Вразделе 1.2 описываются основные принципы интерференционной микроскопии.Отдельно рассмотрены принципы совмещения интерференционной и атомносиловой микроскопии, а также достижения в данной области (раздел 1.3).В разделе 1.4 подробно обсуждаются процессы микрофазного расслоения втонких пленках блок-сополимеров. Излагается современное положение дел вобласти исследованияпленок блок-сополимеров методами сканирующейзондовой микроскопии.
Описываются методы получения и свойства триблоксополимеровполистирол-полибутадиен-полистирол(СБС)иполистирол-полиметилакрилат-полистирол (СМАС).Вразделе1.5рассматриваютсяпринципысозданияпроводящегокомпозиционного материала полианилин-найлон-6. Подробно обсуждаютсяосновные свойства его составляющих: проводящего полимера - полианилина иполимерной матрицы найлон-6.В главе 2 приводится подробное описание методики совмещения атомносиловойиинтерференционноймикроскопии.Совмещениепринциповинтерференционной и атомно-силовой микроскопии в одном приборе позволяетскомпенсировать недостатки каждого из методов, а возможность проведениясовмещенных исследований на микро- и нано-уровнях предоставляет широкиеисследовательские возможности.Вразделе2.1формулируютсяосновныепринципысовмещенияинтерференционной и атомно-силовой микроскопии. Основным условиемявляется возможность примененияметодов как одновременно, так и поотдельности.
В последнем случае методы не должны отрицательно влиять другна друга — приводить к помехам, шумам или снижению чувствительности. Вкачестве оптимальной интерференционной схемы для совмещения выделяетсясхема Майкельсона. Описывается схема совмещенного атомно-силовогоинтерференционного микроскопа (АСИМ). В разработанном микроскопе (рис. 1)оптическая система контроля отклонений кантилевера расположена такимобразом, чтобы отражение лазерного луча от кантилевера не приводило к10абРис. 1.
а) Схема атомносиловогоинтерференционногомикроскопа. 1 - зонд,2 – образец, 3 - сканер,4 – системавидеонаблюдения,5 – лазер, 6 – опорноезеркало, 7 – делительнаяпластина б) изображениесовмещенного атомносиловогоинтерференционногомикроскопа4675123«засветке» оптической интерференционной схемы (раздел 2.2). СовмещениедвухоптическихосейдаловозможностьприисследованияхАСИМиспользовать традиционные коммерческие кантилеверы, которые обладаютлучшейчувствительностьюистабильностьюпопьезорезистивными кантилеверами, используемыми ранеесравнениюсв совмещенноймикроскопии.В разделе 2.3 приводятся теоретические оценки параметров, возможностейи ограничений атомно-силового интерференционного микроскопа.
В разделах2.4-2.5приводятсяинтерференционнойчастиэкспериментальномикроскопа.определенныеОнихорошопараметрысогласуютсясполученными теоретическими оценками параметров. В таблице 1 приведеныпараметры АСИМ.ПараметрыРазрешающая способность погоризонтали, нмРазрешающая способность повертикали, нмРазмер кадра, мкм2Максимальное разрешениеизображений, пкс2Время получения изображения, сАтомно-силоваячасть АСИМ3Интерференционнаячасть АСИМ15000,210х10512х51216020*1600х12002048х1536102 – 1031/15Таблица 1.
Параметры атомно-силового интерференционного микроскопа.*Значение разрешающей способности АСИМ в режиме модуляции фазового сдвига.11Совмещение принципов АСМ и интерференционной микроскопии в одномприборе дало возможность контролировать толщину пленок блок-сополимера, атакже производить высокоточное позиционирование зонда АСМ в областизаданной толщины пленок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
