Совмещенная атомно-силовая и сканирующая резистивная микроскопия полимерных и неорганических материалов (1104828)
Текст из файла
На правах рукописиМешков Георгий БорисовичСОВМЕЩЕННАЯ АТОМНО-СИЛОВАЯ И СКАНИРУЮЩАЯ РЕЗИСТИВНАЯМИКРОСКОПИЯ ПОЛИМЕРНЫХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВСпециальность 02.00.06 – высокомолекулярные соединенияАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква 2007Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физическогофакультета Московского государственного университета им.
М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессор Яминский Игорь ВладимировичОфициальные оппоненты:д.ф.-м.н. Демихов Евгений Ивановичк.ф.-м.н. Ежов Александр АнатольевичВедущая организация:Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАНЗащита состоится «25» апреля 2007 г.
в 16 часов на заседании диссертационногосовета Д 501.002.01 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские Горы, МГУ, физическийфакультет, ауд. ЮФАС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.Автореферат разослан « » марта 2007 г.Ученый секретарьДиссертационного совета Д 501.002.01кандидат физико-математических наукЛаптинская Т.В.2Общая характеристика работыАктуальность работы.Исследование проводящих свойств поверхностей является важной задачей вфизике. Методы сканирующей зондовой микроскопии стали использоваться в этойобласти сравнительно недавно, с начала 1990-х годов, но представляются достаточноперспективными в связи с процессом миниатюризации электронных схем ипереходом к размерам элементов нанометрового масштаба. Изучение процессов имеханизмов образования контактов двух материалов является актуальной задачей нетолько фундаментальной физики, но и с практической точки зрения, например, дляразличных методов исследования поверхности, в частности, зондовой микроскопии.Исследование графита представляется важным для целей зондовой микроскопии,поскольку графит одна из самых распространенных подложек и очень частоиспользуется в туннельной микроскопии.
На основе новых материалов проводящихполимеров, графена и других, возможно создание наноустройств для целей некремниевой электроники, например, полимерной электроники.Проводящие полимеры являются перспективным материалом для применения вэлектронике вследствие сочетания своих электрических и механических свойств. Дляих использования в микроэлектронике и для создания наноустройств необходимымявляется обеспечение однородности проводящих свойств на соответствующихприменению масштабах. Для задач проверки качества полученных материаловудобными являются методы сканирующей зондовой микроскопии, поскольку этиметоды по сравнению с другими, к примеру, электронной микроскопии, позволяютполучить информацию о материале и его поверхности без разрушения или какойлибо модификации.Полимерные комплексы могут использоваться для получения новых свойствматериалов.Комплексынаосновеполианилинапозволяютсочетатьегоэлектрические и оптические свойства с механическими и химическими свойствамидругих полимеров.
Использование водорастворимых полимерных матриц при синтезепозволяет получать молекулярно-дисперсные водные растворы интерполимерных3комплексовнаосновеполианилина,обладающиехорошимипроводящимисвойствами.Синтез полианилина в форме нанотрубок, наноцилиндров и нановолоконявляется перспективным в связи с разработкой методов создания наноустройств,которые могли бы использоваться как высоко чувствительные датчики и сенсоры.Цель диссертационной работы.Изучениесвойствповерхностейпроводящихполимеровипроцессовобразования электрического контакта, разработка методики совмещенной атомносиловой и сканирующей резистивной микроскопии (АСМ-СРМ), а также получение сее помощью новых данных о проводящих свойствах тонких пленок проводящихполимеров на основе полианилина, поверхностей графита и других неорганическихматериалов; исследование свойств нитевидных структур полимерных комплексов наоснове полианилина.Всоответствииспоставленнойцельюрешаютсяследующиезадачиисследования:Изучить процессы образования электрического контакта на таких проводящихповерхностях, как графит и золото, и исследовать его связь с образованиеммеханического контакта.Исследовать проводящие свойства поверхности графита и определить еёвозможности как подложки для исследования проводящих свойств находящихся наней объектов с помощью АСМ-СРМ.Исследовать распределение проводящих свойств тонких пленок полианилина намасштабах менее 10 мкм и определения степени их однородности.Охарактеризовать водный раствор интерполимерного комплекса «Полианилин поли-(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфокислота)»-ПАН-ПАМПС с помощьюатомно-силовой микроскопии и определить форму и геометрические размерымолекулярных ассоциатов.Материалы и методы.Всеизмерениясовмещеннойатомно-силовойисканирующейрезистивноймикроскопии проводились на сканирующем зондовом микроскопе ФемтоСкан (ЦентрПерспективных Технологий, Россия).
При измерениях использовались коммерческие4кантилеверы fpC11 (НИИФП, Россия) с жесткостью 0,03 и 0,1 Н/м и золотым проводящимпокрытием, DCP11 (НТ-МДТ, Россия) с покрытием из допированной алмазной пленкижесткостью 5 и 11 Н/м.Использовался высоко ориентированный пиролитический графит (ООО «АтомграфАГ») с углом разориентации 0,4.Исследовались пленки полианилина двух степеней окисления: лейкоэмеральдин иэмеральдин. Пленки полианилина были предоставлены нам для исследования О.Л.Грибковойи В.Ф.Ивановым (Институт физической химии и электрохимии РАН им. А.Н.Фрумкина).Образцы представляли собой стеклянные подложки, покрытые проводящим слоем оксидаолова (SnO2) или золота (Au), на которые был нанесен полианилин либо термическимнапылением в вакууме, либо осаждением при электрохимическом синтезе. В образцах спленками полианилина на стекле контакт припаивался непосредственно на проводящий слойпри помощи сплава Вуда.Исследуемый образец полианилин-найлона был предоставлен сотрудником кафедрывысокомолекулярныхсоединенийхимическогофакультетаМГУВ.Г.Сергеевым.Полианилин-найлон представлял собой пленку толщиной 0,1 мм, которая получалась присинтезе полианилина в присутствии нейлоновых матриц.Электрический контакт обеспечивался проводящей серебряной пастой, покрывающейчасть образца.Образцы интерполимерного комплекса ПАН-ПАМПС были предоставлены нам дляисследования О.Л.Грибковой и В.Ф.Ивановым.
Они получались матричным химическимсинтезом полианилина в присутствии полимерной сульфокислоты. Полианилин былприготовлен окислительной полимеризацией анилина в водном растворе при комнатнойтемпературевприсутствииполи(2-акриламидо-2-метил-1-пропансульфокислоты),используемой в качестве матрицы, и персульфата аммония в качестве окислителя.Отношение анилин:ПАМПС-мономер составляло 1:2. Для исследования отдельных молекулинтерполимерногокомплексаПАН-ПАМПСиспользовалсяразбавленныйраствор.Концентрации интерполимерного комплекса в растворе были 2⋅10-5 М.
Поверхность свежегоскола слюды, нагретой до средней температуры 50-60°С или находящейся при комнатнойтемпературе, обрабатывалась малым объемом раствора (2-15 мкл). После испарениярастворителя мы исследовали подложку с помощью атомно-силового микроскопа.Локальное анодное окисление поверхности графита проводилось при комнатныхусловиях при относительной влажности более 70%, зондами fpC11 с золотым покрытием.5Научная новизна диссертации.• Впервыенаграфитенаблюдалосьвлияниедоменныхграницидислокационных дефектов, находящихся под поверхностью и не дающихповерхностного рельефа, на сопротивление контакта зонд-образец.• Впервые наблюдалось образование оксида графита в процессе реакциилокального анодного окисления, а также было экспериментально измеренозначение параметра реакции.• ·Впервые с помощью совмещенной атомно-силовой и сканирующейрезистивной микроскопии обнаружена неоднородность проводящих свойствравномерно нанесенных тонких пленок полианилина на масштабах менее 1мкм.• Впервые с помощью атомно-силовой микроскопии был охарактеризованкомплекс ПАН-ПАМПС (1:2) и показана возможность его молекулярнойрастворимости до ассоциатов, состоящих из нескольких молекул, причемпоказана стабильность получающегося раствора.Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы былидоложены на следующих научных конференциях:• Четвертая Всероссийская Каргинская Конференция «Наука о полимерах21-му веку» 29 января-2 февраля 2007 г., Москва, МГУ• International Conference of Nanoscience and Technology, NANO 9 meetsSTM’06, Basel, Switzerland, July 30 – August 4, 2006• ПятаяМеждународнаяконференция“Углерод:фундаментальныепроблемы науки, материаловедение, технология”, 18-23 октября 2006 г.,Москва, МГУ• Summer school on nanotubes, International School NanoSciencesTech,Cargèse, Corsica, France, July 3-15, 2006• European polymer congress 2005, Moscow, Russia June 27-July 1, 2005• Международной конференция "Физико-химические основы новейшихтехнологий XXI века ", Москва, 30 мая – 4 июня 2005• Конференция "Малый полимерный конгресс", Москва, 29 ноября – 1декабря 20056• International Workshop "Scanning Probe Microscopy – 2004", NizhnyNovgorod, May 2-6, 2004• ТретьяВсероссийскаяКаргинскаяконференция"Полимеры-2004",Москва, 27 января – 1 февраля, 2004Практическая значимость.Результаты диссертационной работы позволяют продвинуться в решенииследующих практических задач:• исследования процессов, происходящих при образовании электрическогоконтакта двух различных поверхностей;• исследованияоднородностипроводящихсвойствтонкихпленокполианилина;• получения нанобъектов полимерных комплексов, растворимых в воде.Разработанная методика может быть применена на различных проводящихповерхностях, в том числе и для исследования полупроводниковых материалов.Личный вклад автора.Все экспериментальные измерения проводящих свойств полианилина, графита идругих материалов, а также измерения методом атомно-силовой микроскопиивыполнены автором самостоятельно.
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}
