Анализ наноструктурированных полимерных пленок совмещенными методами атомно-силовой и интерференционной микроскопии (1102349), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Полученный на основании обработкиламеллярной структуры параметр Флори-Хаггинса составил χлам = 0,07 ± 0,03.Для доменной структуры эффект «уширения» может быть учтен приисследовании серии образцов с различными концентрациями полистирола.Такой поход позволяет составить систему уравнений di- Δ =А·a·χ1/6·Ni2/3 (i=1,2),решением которой являются величина уширения размера доменов Δ= 9±1 нм ипараметр Флори-Хаггинса χдом = 0,06 ± 0,03.В разделе 4.5 обсуждаются данные, полученные на основании анализаАСМ- , ПЭМ-изображений и теоретических расчетов. В таблице 3 приведенызначения размера и дисперсии доменов полибутадиена в пленках СБС.Показано, что теоретически посчитанные значения хорошо согласуются сданными ПЭМ.
В свою очередь значения, полученные на основании анализаСредний размердоменов, нмДисперсия, нмАСМПЭМТеория233231118-Таблица 3. Сравнительная таблица среднего размерадоменов полибутадиена в пленках СБС.18АСМ-изображений, имеют заниженное среднее значение и увеличеннуюдисперсию, что обусловлено геометрическими размерами зонда, а так жеразличным отображением равных по размеру доменов, расположенных наразличных расстояниях от поверхности пленок.В главе 5 приводятся экспериментальные результаты по исследованиюпроцессов наноструктурирования в пленках найлона-6 и композиционномматериалеполианилин-найлон-6.Описываетсяметодикаформированиянаноструктур из полианилина на найлоновых матрицах.В разделе 5.1 перечислены используемые вещества.
Раздел 5.2 посвященисследованиюизменений,происходящихвпленкахнайлона-6,пригидротермической модификации приПрирост площади, %температуре 100ºС. Показано, что впроцессе гидротермической обработкипроисходит формирование развитойповерхностисопровождающеесяпленок,увеличением3020100площади поверхности. Зависимость0на рис 10 .406080100Время модификации, минприроста площади пленок найлона-6от времени модификации приведена20Рис. 10. Зависимость пророста площадипленокнайлонаотвременигидротермической обработки.Помимо морфологических изменений исследованы фазовые превращения,происходящие в пленках найлона-6 при гидротермической обработке.рис.
11показаныфазовыеАСМ-изображенияпри различныхНавременахмодификации. Кристаллическим областям пленок соответствуют светлыеобласти АСМ - изображений, темные - аморфным. Степень кристалличностинемодифицированных пленок найлона-6 составляла 28%, что было принято зареперный уровень при выделении аморфных и кристаллических фаз на АСМизображениях. На основании анализа полученных фазовых распределенийпоказано, что степень кристалличности пленок увеличивается на 10 - 22% взависимости от времени модификации. Установлено, что аморфные областистановятся более диспергированными при увеличении времени модификации.19Такое поведение может быть объяснено тем, что увеличение температуры, атакже действие воды как пластификатора найлона-6 существенно увеличиваютподвижность макромолекул, что позволяет формировать наиболее равновесныефазовые распределения за короткие промежутки времени.абвгРис.
11. Фазовые АСМ-изображения пленок найлона-6 без гидротермическоймодификации (а) и найлона-6, подвергнутого гидротермической модификации притемпературе 100ºС в течение 30(б) , 60 (в), 90(г) минут.абвгРис. 12. АСМ-изображения поверхности полианилин-найлон-6 на основенемодифицированного найлона-6 (а) и найлона, подвергнутого гидротермическойобработке в течение 30(б) , 60 (в), 90(г) минут [1].Пленки найлона-6 используются в качестве матриц для созданиякомпозиционных электропроводящих материалов.
Из литературных данных [1]известно,чтоморфологияполианилин-найлон-6модификацииповерхностисильноматрицызависитнайлона-6.композиционногоотвремениРазмерчастицматериалагидротермическойполианилинавкомпозиционном материале уменьшается с ростом времени модификацииматрицынайлона-6(рис.12).Дополнительнымобъяснениемданнойзависимости может служить показанное нами явление диспергированияаморфных областей, обладающих большей абсорбционной способностью, наповерхностипленок-найлона-6.Этоприводиткболееравномерному[1] И.П. Меньшикова, О.А. Пышкина, K. Levon, В.Г. Сергеев.
Влияние размера частицна свойства композиционного материала полианилин-найлон-6 // Коллоидный журнал. - 2009,- Т 71, - №2, - С. 243-24820распределениюсорбированногоанилинанаматрице.Такимобразом,наноструктурирование матрицы найлона-6 приводит к наноструктурированиюкомпозиционного материала на его основе – полианилин-найлон-6.Структура композиционного материала полианилин-найлон-6 может такжезадаваться условиями полимеризации анилина на найлоновых матрицах.Исследовано влияние перемешивания реакционной смеси при полимеризациианилина на структуру композиционного материала полианилин-найлон-6. Нарис. 13 приведены трехмерные АСМ-изображения поверхностей пленок вотсутствии перемешивания реакционной смеси в процессе полимеризациианилина (рис. 13(а)) и при ее перемешивании рис.
13(б)).абРис. 13. Трехмерные АСМ-изображения композиционного материалаполианилин-найлон-6, полученного без перемешивания (а) и с перемешиваниемреакционной смеси в процессе полимеризации (б).Использованиеперемешиваниявпроцессеполимеризациианилинаприводит к уменьшению размера частиц полианилина с 400 нм до 200 нм изначительному уменьшению среднеквадратичной шероховатости поверхности с85 нм до 35 нм. Уменьшение размера частиц полианилина может бытьобъясненоувеличениемчислазародышейвпроцессеперемешиванияреакционной смеси.
Показано, что условие перемешивания реакционной смесипри полимеризации анилина оказывает существенное влияние на морфологиюобразующегосякомпозиционногоматериалаполианилин-найлон-6,чтопозволяет заранее задавать необходимую площадь реакционной поверхности.В разделе 5.3 рассматривается возможность формирования наноструктур изпроводящихполимеровнадиэлектрическихполимерныхматрицах.Предложенная методика литографии заключается в насыщении матрицымономеромпроводящегополимераспоследующейполимеризацией под действием инициатора, наносимого с помощью зонда21атомно-силового микроскопа.
Возможность реализации предложенной методикипродемонстрирована на примере полианилина и матрицы найлон-6. Приконтакте зонда АСМ, покрытого персульфатом аммония, с насыщеннойанилином пленкой найлона-6 полимеризация анилина происходит в областиконтакта (рис. 14(а)). Показано, что изменение концентрации персульфатааммония не влияет на размер частицы полианилина (200±50 нм), однакосущественноменяетвремяееобразования.Увеличениеконцентрацииперсульфата аммония в растворе с 0,2 моль/л до 0,6 моль/л уменьшает времяполимеризацииснесколькихосуществлениялитографиичасовдо минут.проводящимиПоказанаполимерамивозможностьпридвижениикантилевера вдоль заданных траекторий. На рис. 14 (б, в) приведеныизображенияквадратнойилинейнойобластилитографии.Важнойособенностью предложенного способа осуществления литографии являетсявозможность сорбции матрицей найлона-6 мономеров анилина, поскольку впроцессе полимеризации участвует анилин, сорбированный в матрице.
Позавершении литографии непрореагировавший анилин может быть удаленпромываниемпленоквформированияэлектрическиводе.Продемонстрированнаяпроводящихструктуризвозможностьполианилинанадиэлектрических матрицах найлона-6 будет полезной для развития полимернойэлектроники.Рис. 14. АСМ-изображения литографии полианилином на матрицах найлона-6.Точечная литография (а), прямоугольная область литографии (б) линейнаяобласть литографии (в,г).22Выводы1. Развита совмещенная атомно-силовая интерференционная микроскопия.Предложена схема совмещения интерференционной оптической схемы соптической системой контроля отклонения кантилевера микроскопа.2. Предложен метод получения статистических значений величин,характеризующих структуру микрофазного расслоения в тонких пленкахблок-сополимеров, визуализируемую с помощью атомно-силовоймикроскопии.а.
Для сферической доменной структуры развита процедуракорректного получения статистического размера доменов на основеразделения фаз на АСМ-изображениях по высоте и статистическогоанализа.б. Для ламеллярной структуры развита процедура получения периодаструктуры, направления и степени ее упорядоченности на основаниидвухмерного Фурье-образа.3. Впервые показано наличие микрофазного расслоения в пленках триблоксополимераполистирол-полиметилакрилат-полистиролприконцентрациях полистирола [ПС]:[ПМА]=1:1; 1:2; 1:3, а также отсутствиерасслоенияпри[ПС]:[ПМА]=1:5.Наблюдавшиесяструктурымикрофазного расслоения охарактеризованы количественно.4. ВпервыепроведенаоценкапараметраФлори-Хаггинсавзаимодействия полистирола и полиметилакрилата.для5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
