Home
"Тонкие пленки блок-сополимеров"
|
|
|
Научные направления
Обучение студентов
и аспирантов
Совместные проекты
Ориентация доменов в пленках диблок-сополимеров
Одним из наиболее распространенных способов приготовления тонких полимерных пленок является нанесение капли полимерного раствора на подложку с последующим ее вращением (spin-coating). Растекание капли под действием центробежных сил, сопровождающееся испарением растворителя, ведет к образованию пленок со свободной поверхностью (пленка ограничена твердой поверхностью только с одной стороны). В случае диблок-сополимеров в пленках возникает нанодоменная структура. Для многих высокотехнологичных приложений (получение сверхплотных массивов для хранения информации, проводящих нанопористых мембран и др.) очень важно контролировать ориентацию нанодоменной структуры относительно подложки. Для ответа на вопрос, какие физические параметры контролируют ориентацию доменов в пленках со свободной поверхностью, нашей группой была впервые разработана теория, которая объяснила влияние взаимодействий блок-сополимеров с подложкой [1] и молекулярной массы [2].
Зависимость ориентации доменов от толщины пленки и молекулярной массы. Сравнение теории с экспериментом.
Фазовая диаграмма в тонкой пленки. Цифрами обозначены области стабильности различных структури: perpendicular lamellae (I), параллельные ламели с нижним A слоем (II), и параллельные ламели с нижним B слоем(III).
Пленки с жидкокристаллическими группами
Дальнейшие исследования в этой области показали, что добавление жесткоцепных групп (лигандов) к одному из блоков [3] улучшает устойчивость перпендикулярной ориентации доменов и обеспечивает образование аморфных и жидкокристаллических доменов.
Возможные доменные структуры диблок-сополимера с ЖК группами. Сравнение теории с экспериментом.
Сверхтонкие диблок-сополимерные пленки
Если уменьшать толщину пленки до размеров меньших равновесного периода микроструктуры в расплаве, то получатся так называемые сверхтонкие пленки. Нами впервые была построена теория таких пленок [4-6] для объяснения поведения диблок-сополимеров полистирола и поливинилпиридина, адсорбированных на слюде из разбавленного неселективного растворителя. Оказалось, что блоки поливинилпиридина сильно адсорбируются на поверхности, образуя практически мономолекулярный слой, а блоки полистирола агрегируют друг с другом. Разработанная теория количественно объяснила зависимость морфологии доменной структуры от композиции сополимера и размера доменов от длины блоков [4].
Сверхтонкие пленки смеси AB и AC диблок-сополимеров
Структуру сверхтонких пленок можно усложнять, если адсорбировать на поверхность диблок-сополимеры разной химической структуры. В частности, нами было показано, что в результате самоорганизации смеси симметричных диблок-сополимеров типа AB и AC, у которых блоки А сильно адсорбированы на подложке (являются практически двумерными) и формируют корону мицеллы, агрегация блоков В и С может привести к образованию разнообразных структур. Если адсорбция блоков В и С соответствует частичному смачиванию, то могут быть устойчивы мицеллы со (i) смешанным ядром (блоки В и С однородно смешаны в ядре) и мицеллы с (ii) сегрегированным ядром (типа яичницы глазуньи, вареного яйца и янусоподобные, рис.) . При сильной несовместимости блоков В и С формируются ?чистые? АВ и АС мицеллы. [7]
Планарные щетки диблок-сополимеров
Хорошо известно, что в плотнопривитых планарных щетках цепи сильно вытянуты и характерное расстояние между концами цепи пропорционально ее контурной длине. Если в качестве цепей используется диблок-сополимер с несовместимыми блоками, то, казалось бы, наиболее ожидаемой структурой должен быть бислой. Однако, нами было показано, что с увеличением плотностиљ пришивки цепей бислой становится неустойчивым и перпендикулярно ориентированные домены ?прорастают? из одного слоя в другой, формируя разнообразные структуры, рисунок. [8]
Типы возможных структур в плотнопривытых диблок-сополимерных щеках a) лунки для гольфа, b) овраги, c) и d) сталактиты
Планарные щетки градиентных-сополимеров
Нами была разработана среднеполевая теория, описывающая равновесное поведение плотнопривитых щеток градиентных сополимеров в селективном растворителе, в рамках которой взаимодействия градиентного сополимера с растворителем описываются при помощи эффективного параметра взаимодействия Флори-Хаггинса, изменяющегося вдоль цепи.
Теория предсказывает как сильную вытяжку цепей в щетке, так и немонотонное поведение профиля плотности щетки и зависимости ее равновесной толщины от композиции сополимера даже при незначительной несовместимости мономерных звеньев .
.
Зависимость равновесной толщины щетки от композиции сополимера.
- Статьи по теме:
-
- [1] I.I. Potemkin,
"Lamellar Orientation in Thin, Supported Diblock Copolymer Films: Strong Segregation Theory",Macromolecules 2004, 37(9), 3505-3509
- [2] I.I. Potemkin, P. Busch, D.-M. Smilgies, D. Posselt, C. M. Papadakis,
"Effect of the Molecular Weight of AB Diblock Copolymers on the Lamellar Orientation in Thin Films: Theory and Experiment",Macromolecular Rapid Communications 2007, 28, 579-584 - [3] I. I. Potemkin, A. S. Bodrova,
"A Theory of Microphase Separation in the Melt of Diblock Copolymers with Smectic Liquid Crystalline Side Groups",Macromolecules 2009, 42, 2817-2825 - [4] I.I. Potemkin, E.Yu. Kramarenko, A.R. Khokhlov, R.G. Winkler, P. Reineker, P. Eibeck, J.P. Spatz, M. M?ller,
"Nano-pattern of diblock copolymers selectively adsorbed on a plane surface",Langmuir 1999, 15, 7290 - [5] I.I. Potemkin, M. M?ller,
"Microphase Separation in Ultrathin Films of Diblock Copolymers with Variable Stickiness of One of the Blocks to the Surface",Macromolecules 2005, 38(7), 2999-3006 - [6] E.S. Patyukova, I.I. Potemkin,
"Nanostructured ultrathin films obtained by the spreading of diblock copolymers on a surface", Langmuir 2007, 23, 12356-12365 - [7] A.A. Rudov, I.I. Potemkin,
"Surface micelles obtained by selective adsorption of AB and AC diblock copolymers", Soft Matter 2013, 9, 896-903 - [8] A.A. Rudov, P.G. Khalatur, I.I. Potemkin,
"Perpendicular domain orientation in dense planar diblock copolimer brushes", Macromolecules 2012, 45 (11), pp 4870?4875
- [1] I.I. Potemkin,
- Присоединяйся
-
Мы приглашаем увлеченных наукой девушек и юношей для работы в нашей лаборатории.