Изучение физико-химических свойств тонких полимерных пленок на твердой подложке методами зондовой микроскопии (1103018), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В случае чистого полимера происходилокатализирование реакции, а случае металл-полимерных комплексов происходилоингибирование реакции хемилюминесценции, что может быть связано с понижениемкаталитических способностей кобальта в результате связывания с аммиаком. Нарисунке 13 видно, что для всех полимерных пленок интенсивностьхемилюминесценции не меняется в характерном интервале времени для релаксациинапряжений внутри полимерных пленок, что говорит об устойчивыхкоординационных комплексах с участием кобальта и аммиака. Это говорит о том, чтополимер быстро реагирует с молекулами пара, а затем в пределах характерноговремени релаксации латеральных напряжений сохраняется устойчивый металлполимерный комплекс с участием лигандов в виде молекул воды и аммиака.
Такимобразом, релаксация напряжений внутри полимерных пленок вызвана структурнымиперестроениями внутри полимерной пленки.20Рисунок 13 Усиленная хемилюминесценция люминола в присутствии металлполимерных комплексовВлияние термического воздействия на координационный комплекс с участиеммолекул аммиакаПоследовательный ввод паров аммиака приводит к уменьшению величиныизменения латеральных напряжений внутри полимерной пленки, что объясняетсянасыщением координационных комплексов кобальта. Неизменность спектрапоглощения и интенсивность хемилюминесценции говорит о стабильностикоординационных комплексов кобальта.
Для регенерации активных центров пленокметалл-полимерного комплекса проводилась термическая обработка кантилевера,кремниевая поверхность которого была модифицирована полимерным слоем. Послечего сигнал регенерируется почти на 90 %. Такая возможность позволяет создатьмикромеханический сенсор на амины многоразового использования, не требующийдополнительных реагентов.Зависимость изменения латерального напряжения в пленке металл-полимерногокомплекса с хлоридом кобальта от природы лигандов (статический метод)На примере металл-полимерного комплекса с хлоридом кобальта было изученовлияния природы лигандов на изменение латеральных напряжений внутриполимерного слоя. Исходя из данных спектрохимического ряда лигандов кобальта,молекулы аммиака обладают большей силой поля по сравнению с водой и этанолом.Для определения влияния типа лиганда на латеральные напряжения, полимерныепленки подвергались воздействию паров с различным содержанием аммиака и воды.Было изучено изменение латеральных напряжений под воздействием паров 10 %, 5 %,а также 0 % водного раствора аммиака (Рисунок 14).21Рисунок 14 Изменение поверхностного натяжения внутри пленки металлполимерного комплекса с хлоридом кобальта под воздействием паров а) 10 %, б) 5%,в) 0% водного раствора аммиакаИз приведенных экспериментальных результатов видно, что графики изменениялатеральных напряжений внутри полимерных пленок имеют характерный виднезависимо от типа лиганда.
Величина изменения латеральных напряжений дляполимерных пленок с хлоридом кобальта больше в 4 раза, чем у пленок с нитратомкобальта, который обладает большей силой поля в спектрохимическом ряду. Изграфиков видно, что молекулы аммиака вызывают большее изменение латеральныхнапряжений в полимерных пленках по сравнению с молекулами воды, величиналатеральных напряжений пропорциональна концентрации аммиака. (Таблица 6).Таблица 6 Концентрационная зависимость изменения латеральных напряженийот типа лигандаТип лигандов (% аммиакав водном растворе)Изменение латеральныхнапряжений, Н/м100,4550,1800,0822Проведение экспериментов с парами этанола, выявило, что изменениелатеральных напряжений в полимерной пленке в результате воздействия паровэтанола примерно равно 0,08 Н/м.
Молекулы воды и этанола близко расположены вспектрохимическом ряду лигандов кобальта, что объясняет схожее влияние наизменение латеральных напряжений полимерных пленок с хелатными комплексамикобальта. На основе данных можно заключить, что чем больше сила поля лигандов вспектрохимическом ряду кобальта, воздействию которых подвергаются металлполимерные комплексы, тем больше изменение латерального напряженияполимерных пленок.
Стоит также обратить внимание, что характерное времярелаксационного процесса в полимерной пленке во всех экспериментах находится впределах 200 с.Зависимость латеральных напряжений внутри металл-полимерных пленок отвида лигандов координационного комплекса позволяет создать селективные сенсорына летучие вещества.В главе 5 приводятся основные итоги и выводы по проделанной работе.Список цитированной литературы1. R. Berger, Ch. Gerber, J.K. Gimzewski et al.
// Appl. Phys. Lett. 1996. Vol. 69. P. 40.2. Y. Chen, T. Thundant, E. A. Wachter et al. // J. Appl. Phys. 1995. Vol. 77. P. 3618.3. T. Braun, V. Barwich, M.K. Ghatkesar et al. t // Phys. Rev. E 2005. Vol. 72. P. 031907.4. H.P. Lang, R. Berger, F. Battiston et al. // Appl. Phys. A, 1998. Vol. 66. P. S61.5. Sader J.E., Chon J.W., Mulvaney P. // Rev. Sci.
Instrum. 1999. 70, P. 3967.6. Sader J.E. // Appl. Phys.1998. 84, P. 64.23Выводы1. Разработана и протестирована новая методика изучения сорбции и измерениямассы тонких полимерных пленок с помощью микроконсолей (АСМ кантилеверов)на примере полидиаллилдиметиламмоний хлорида. Чувствительность определенияприсоединенной массы равняется 1 пг.2. Выявлено, что присутствие иодид-аниона увеличивает поверхностнуюплотность адсорбировавшегося слоя ПДДА в 1,5 раза:- поверхностная плотность адсорбировавшегося полимерного слоя ПДДА наколлоидных частицах оксида марганца составляет 0,021 пг/мкм2;- поверхностная плотность адсорбировавшегося полимерного слоя ПДДА наколлоидных частицах оксида марганца в присутствие иодид аниона составляет 0,032пг/мкм2.3. Разработана многокантилеверная система на основе массива оптоволокон илазерно-оптической детекции для определения латеральных напряжений внутритонких пленок с чувствительностью 10-4 Н/м.4. Было выявлено, что взаимодействие металл-полимерных комплексов кобальтас парами водного раствора аммиака вызывает изменения латеральных напряженийвнутри полимерных пленок за счет изменения конформации координационногокомплекса.
Величина изменения латеральных напряжений для металл-полимерныхкомплексов с хлоридом кобальта больше в 4 раза, чем у пленок с хелатнымикомплексами с нитратом кобальта, который обладает меньшей силой поля вспектрохимическом ряду.5. Впервые было показано, что изменение латерального напряжения в пленке,содержащей металл-полимерный комплекс с хлоридом кобальта, пропорциональносиле поля лигандов. Молекулы аммиака вызывают большее изменение латеральныхнапряжений в полимерных пленках по сравнению с молекулами воды и этанола.Величина латеральных напряжений пропорциональна концентрации аммиака.6.
Впервые было обнаружено, что при взаимодействии металл-полимерногокомплекса кобальта с молекулами аммиака образуется устойчивый координационныйкомплекс, а в полимерной пленке наблюдается релаксационный процесс латеральныхнапряжений с характерным временем в несколько минут.
Релаксационный процесссопровождается перестроением в полимерной пленке.24Список публикаций по теме диссертации1. Ерофеев А.С., Яминский И.В. «Кантилеверные биохимические анализаторы» //Нано- и микросистемная техника, 2009, №9, с. 45-48.2. КраюхинаМ.А.,СамойловаН.А.,ЕрофеевА.С.,ЯмсковИ.А.«Комплексообразование хитозана с сополимерами малеиновой кислоты»//Высокомолекулярные соединения, 2010, Серия А, Т. 52, №3, с. 1-9.3. Ерофеев А.С., Яминский И.В.
«Определение массы полимерных пленок с помощьюАСМ кантилевера» // ВМУ., Серия 3., ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ, 2011, № 3, c. 70.4. Ерофеев А.С. , Зотов Д.А. , Яминский И.В. , Киселев Г.А. «Нановзвешивание инаномера» // Нано- и микросистемная техника, 2012, №2, с. 13-17.5. Киселев Г.А.,. Ерофеев А.С, Яминский И.В.. «Система для определения положениягибких микромеханических элементов». Патент на полезную модель №88429,10.11.2009.6.
Киселев Г.А., Ерофеев А.С., Яминский И.В. «Система для определения положениямикрокантилевера». Патент на полезную модель № 102118, 10.02.2011.7. Ерофеев А.С., Яминский И.В., Киселев Г.А. «Система для определения положениякантилевера». Патент на полезную модель № 110192, 10.11.2011.8. Ерофеев А.С., Яминский И.В., Киселев Г.А. «Система для высокочувствительноговзвешивания». Патент на изобретение №2469279, 10.12.2012.9.
Ерофеев А.С., Горелкин П.В., Колесов Д.В., Яминский И.В., Рубцова М.Ю.,Игнатенко О.В., Преснова Г.В., Егоров А.М. «Кантилеверный сенсор для определенияпростат-специфического антигена». Патент на полезную модель №125712, 10.03.2013.10. Ксенофонтов Д.М., Ерофеев А.С., Колесов Д.В., Киселев Г.А., Яминский И.В.«Программные модули, управляющие работой микромеханической кантилевернойсистемы».
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ№2012616667, 25.07.2012.11. Erofeev A., Gorelkin P., Usmanov A. and Yaminsky I., «Ammonia Cantilever SensorBased on Polymer-Metal Complex Receptor», 3rd Kanazawa Bio-AFM Workshop,November 5 - 8, 2012, Kanazawa, Japan.12. Erofeev A., Yaminsky I., «Studying PDDA adsorption using the cantilever system», 9thInternational Workshop on Nanomechanical Sensing 4-9 июня, 2012, Мумбаи, Индия.13.
Arzhakova O.V., Erofeev A.S., Dolgova A.A., Yarysheva L.M., Volynskii A.L., BakeevN.F., Papkovsky D.P., Specific features of solvent crazing for pet-based polymer fibers . VІ25международная конференция «Химические проблемы современности», г. Донецк,2012 г., стр. 142.14. Arzhakova O.V., Erofeev A.S., Dolgova A.A., Yarysheva L.M., Volynskii A.L., BakeevN.F., Papkovsky D.P., Specific features of solvent crazing for pet-based polymer fibers .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
