Совмещенная атомно-силовая и сканирующая резистивная микроскопия полимерных и неорганических материалов (1104828), страница 3
Текст из файла (страница 3)
10-II распределение локальной проводимости, напоследнемцветомпереданавеличинапроводимости:белыйцветсоответствуетпроводимости 10 См/см, черный — менее 10-2 См/см.Минимальное сопротивление контакта на пленке составило 80 кОм, что соответствуетпроводимости 10 См/см, предполагая радиус контакта при расчете 10 нм.
Перепад междуотдельными участками достигал 1 МОм при размере кадра 1500х1500 нм2. Сканированиеосуществлялось кантилевером NSC14 с покрытием Au-Cr. Этот зонд обладает гораздобольшей жесткостью по сравнению с CSC17 — 5 Н/м. Поэтому при сканировании скореевсего происходит деформация поверхности, и топографическая картина поверхности необладает достаточной наглядностью.Как можно видеть, значения проводимости по кадру менялись более чем на двапорядка.
Возможно следующее объяснение наблюдаемой корреляции топографии ипроводимости поверхности. Возвышенные участки пленки являются более допированными ипоэтому обладают большей проводимостью и, соответственно, меньшим удельнымсопротивлением. В то время как тонкие участки пленки, допированные в меньшей степени,являются плохо проводящими.15IIIIIIIVРис. 11. Изображение поверхности полианилина (I, II) и полианилина-полиамида(III, IV). I, III — топография, II, IV — проводимость.Приведенная на рис. 10-II картина распределения проводимости показывает наличиенеоднородностей нанометровых размеров. Это дает основания также полагать и наличиенеоднородностей степени окисления соответствующих масштабов.На полианилин-найлоне (рис.
10) также наблюдалась зависимость топографии ипроводимости. Видимые изменения проводимости скорее всего не связаны с изменениемплощади контакта. Характерное контактное сопротивление составляло 1-7 МОм.На рис. 10-III представлена топография, рис. 10-IV — отображает проводимостьсоответствующего участка, черный цвет соответствует проводимости в 0.1 См/см, а белый —1 См/см. На изображениях также наблюдается корреляция топографии и проводимости16поверхности и наличие неоднородностей в проводимости поверхности на нанометровыхмасштабах, но с меньшим перепадом значений.Полимерные комплексы являются перспективными в плане получения новых свойствматериалов.
Комплексы на основе полианилина позволяют сочетать его электрические иоптические свойства с механическими и химическими свойствами других полимеров. Синтезполианилина в форме нанотрубок, наноцилиндров и нановолокон, является перспективным всвязи с разработкой методов создания наноустройств, которые могли бы использоваться каквысоко чувствительные датчики и сенсоры. Для получения таких структур применяютсяразличные методы.
В частности, проведение химического синтеза в присутствии вторичныхдопантов, имеющих сложную химическую структуру, вследствие чего в раствореформируются нанотрубки различных размеров. Как правило, диаметр трубки варьирует отдесятков до сотен нанометров.На рис. 12 приведены характерные изображения поверхности слюды после обработкикомплексом ПАН-ПАМПС. После высыхания растворителя на поверхности остаютсяобъекты, имеющие вытянутую форму, иногда соединяющиеся друг с другом.Рис.
12. Изображения отдельных ассоциатов молекул комплекса ПАН-ПАМПС наповерхности слюды. Концентрация молекул комплекса в растворе составляет2·10-5М.Таким образом, были обнаружены отдельные ассоциаты молекул комплекса в виденановолокон с характерными геометрическими размерами: 2-10 нм по высоте, 20-40 нм поширине, 100-200 нм по длине.На основе полученных данных можно заключить, что получаемый при таком процессематричного синтеза интерполимерный комплекс ПАН-ПАМПС является растворимым вводе вплоть до молекулярных ассоциатов. Исходя из размеров получающихся объектов,можно сделать вывод, что раствор интерполимерного комплекса с соотношением17ПАН:ПАМПС, равным 1:2, в воде является молекулярно дисперсным.
Таким образом, былиполучены нанообъекты полимерного комплекса полианилина (ПАН) и полисульфокислоты.Далее была проверена стабильность водного раствора комплекса. Для этого изполученного комплекса получали раствор с концентрацией 4⋅10-4 М, который сохранялся втечение 1 года. Образцы приготовлялись путем разбавления данного раствора до 2⋅10-5 М,сначала сразу после синтеза, затем - через год хранения.Никаких существенных различий, видимых в АСМ, на получаемых образцах обнаруженоне было.
Ниже, на рис. 13 приведены изображения поверхности слюды, получающиеся посленанесения раствора сразу после синтеза и через год хранения.Рис. 13. Изображения отдельных ассоциатов молекул комплекса ПАН-ПАМПС наповерхности слюды. Слева — картина, полученная сразу после синтеза, справа —через год хранения раствора.Дляполученных,спустягод,образцовтакжебылипроведеныизмерениягеометрических размеров объектов. Измерения показали, что размеры объектов непретерпели изменений и в среднем составили 2-10 нм по высоте, 20-40 нм по ширине,100-200 нм по длине. Гистограммы распределения объектов по высотам приведены нарис. 14.
Исходя из полученных распределений, можно оценить среднюю характернуювысоту молекулы комплекса в 1,7 нм, что следует из оценки расстояния между пиками.18Рис. 14. Распределение по высотам ассоциатов молекул комплекса ПАН-ПАМПС.Слева — гистограмма, полученная сразу после синтеза, справа — через годхранения раствора.Таким образом, можно заключить, что раствор интерполимерного комплексаПАН-ПАМПС в воде обладает высокой стабильностью, причем отдельные ассоциатыстабильны в растворе и не обладают тенденцией к агрегации.Простота синтеза интерполимерного комплекса такого состава, также как простаяпроцедура приготовления их истинных растворов и нанесение на подложки, открываетновые возможности их применения для разработки наноустройств.В главе 6 приводятся основные итоги и выводы по проделанной работе19Выводы1.
При исследовании поверхности графита с помощью совмещенной атомно-силовойисканирующейрезистивноймикроскопиибылиобнаруженывариацииконтактного сопротивления между различными графитовыми террасами. Дляобъяснениябылипредложенымоделиграничныхсопротивленийиадсорбционного мешка.2. Впервыенаграфитенаблюдалосьвлияниедислокационныхдефектовнаходящихся под поверхностью и не видимых в топографии, на сопротивлениеконтакта зонд-поверхность, также была визуализирована доменная граница.3. Обнаружен эффект локального анодного окисления графита и напыленногоалюминия с помощью совмещенной атомно-силовой и сканирующей резистивноймикроскопии.
При этом впервые наблюдалось образование оксида графита и былоэкспериментально измерено значение параметра реакции γ = (0.59 ± 0.02).4. Обнаружено несоответствие между механическим контактом, понимаемым какмомент появления сил отталкивания между зондом и поверхностью, иэлектрическим контактом, понимаемым как момент появления тока протекающегочерез зонд.5. Спомощьюмикроскопиисовмещеннойвпервыеатомно-силовойобнаруженаисканирующейнеоднородностьрезистивнойпроводящихсвойствравномерно нанесенных тонких пленок полианилина на масштабах менее 1 мкм.6. С помощью атомно-силовой микроскопии был впервые охарактеризован комплексПАН-ПАМПС (1:2) и показана возможность его молекулярной растворимости доассоциатов состоящих из нескольких молекул причем:a.
Наблюдаемые отдельные ассоциатымолекул комплекса имеютвытянутую форму с размерами по высоте 2-10 нм, ширине 20-40 нм,длине 100-200 нм.b. Молекулярный раствор комплекса стабилен на временном интервалеболее одного года.c. Была показана неизменность геометрических размеров ассоциатовмолекул комплекса по прошествии этого времени.20Список публикаций по теме диссертации1. Грибкова О.Л., Мешков Г.Б., Иванов В.Ф., Некрасов А.А., Исакова А.А., ВанниковА.А.,ЯминскийИ.В.,Исследованиенанообъектоввводныхрастворахинтерполимерных комплексов полианилина с поли-(2-акриламидо-2-метил-1пропан-сульфоновойкислотой)//ЧетвертаяВсероссийскаяКаргинскаяКонференция «Наука о полимерах 21-му веку» 29 января-2 февраля 2007 г.,Москва, МГУ, Тезисы устных и стендовых докладов, стр. 1032. O.L. Gribkova, V.F.
Ivanov, A.A. Isakova, A.A. Nekrasov, A.V. Vannikov, G.B.Meshkov, I.V. Yaminsky, Nanoobjects of Interpolymer Complexes of Polyaniline andPolysulfonic Acid in Aqueous Solutions, // International Conference of Nanoscience andTechnology, NANO 9 meets STM’06, Basel, Switzerland, July 30 – August 4, 2006, p.2833. Синицына О.В., Мешков Г.Б., Яминский И.В., Визуализация дефектов наповерхности графита методами зондовой микроскопии, // Пятая Международнаяконференция “Углерод: фундаментальные проблемы науки,материаловедение,технология”, 18-23 октября 2006 г., Москва, МГУ, Сборник тезисов докладов, стр.1664.
Мешков Г.Б., Яминский И.В., Сканирующая резистивная микроскопия графита, //Пятая Международная конференция “Углерод: фундаментальные проблемынауки,материаловедение, технология”, 18-23 октября 2006 г., Москва, МГУ,Сборник тезисов докладов, стр. 1255. Dubrovin E.V., Filonov A.S., Meshkov G.B., Sinitsyna O.V. and Yaminsky I.V.,Characterization of carbon nanotubes with atomic force microscopy, // Summer schoolon nanotubes, International School NanoSciencesTech, Cargèse, Corsica, France, July 315, 2006, p. 796. V.F. Ivanov, O.L.
Gribkova, S.V. Novikov, A.A. Nekrasov, A.A. Isakova, A.V.Vannikov, G.B. Meshkov, I.V. Yaminsky, «Redox heterogeneity in polyaniline films:from molecular to macroscopic scale», Synthetic Metals, 152, 153-156 (2005)7. Г.Б.Мешков, В.Ф.Иванов, И.В.Яминский, Сканирующая резистивная микроскопияполианилина, Высокомолекулярные соединения, серия Б, том 47, № 11, 2060-2063(2005)218. V. Ivanov, O. Gribkova, A. Isakova, A.
Nekrasov, A. Vannikov, G. Meshkov, I.Yaminsky, Redox Heterogeneity Of Polyaniline At Various Scales: Structure AndProperties, // Book of abstracts “European polymer congress 2005”, Moscow, RussiaJune 27-July 1, p. 479. G. Meshkov, A. Filonov, I. Yaminsky, Scanning Resistance Microscopy of ConductivePolymers, // Book of abstracts “European polymer congress 2005”, Moscow, RussiaJune 27-July 1, p. 13510. МешковГ.Б.,ИвановВ.Ф.,ЯминскийИ.В.,Сканирующаярезистивнаямикроскопия проводящих полимеров, // Сборник тезисов международнойконференции "Физико-химические основы новейших технологий XXI века ",Москва, 30 мая – 4 июня 2005, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
