فیلم های پلیمری نازك با ساختار نانو

[mim-shimi 25686]

یكی از ویژگیهای شاخص یك پوشش، ساختار سطح آن پوشش است. اخیراً، درك ما از ماهیت ساختار سطح در مقیاس نانو گسترش یافته است. پدیده خودچینش پلیمرها (self-assembly polymer) امكان ایجاد ساختارهای نانو با هزینه كم را فراهم كرده است. این ویژگی د رمواردی مثل محافظت از كارت های تجاری و بانكی و همچنین در تولید غشاهای متخلخل نانو كه در رشته های پزشكی و زیستلوژی استفاده میشوند، كاربرد دارد.

 

یكی از عوامل مهم در تعریف ویژگی های یك پوشش، ساختار سطح آن پوشش است. با اینكه نگاه به ابعاد سطح در حد 10 یا بیشتر از 10 میكرون نگاه جدیدی نیست، اخیرا درك ما درمورد اهمیت ساختارهای نانوی سطح به طور چشمگیری افزایش یافته است. ویژگیهای سایشی سطح (tribological) و خاصیت ترشوندگی، قابلیت جذب زیست ملكولها و یا حتی سلول ها، و نیز ظاهر نوری و ویژگیهای لمسی به شدت تحت تاثیر مكان نگاری (topography) سطح در مقیاس نانو قرار می گیرند. كنترل این ویژگی ها و در نتیجه كنترل ساختار نانوی سطح، اهمیت زیادی برای بهینه كردن كاربردهای امروزی پوشش های پیشرفته دارد.

امروزه، شناخت پدیدۀ خودچینش پلیمرها امكان ایجاد ساختارهای سطوح در مقیاس های مختلف را فراهم كرده است. ساختارهای سطوح با مقیاس نانو بدون روش های لیتوگرافی (حكاكی) گران قیمت ( مانند روش های تولید مدارهای مجتمع در صنعت میكروالكترونیك) نیز قابل دسترسی هستند. هزینۀ این روش ها برای بسیاری از كاربردهای پوششی مقرون به صرفه نیستند، اما از لحاظ كیفیت، برای رسیدن به اثرات مطلوب، كنترل كافی بر روی ساختار سطح دارند. در این مقاله مثال های كاربردی از خودچینش پلیمرها كه با راه حل های ارزان در محیط صنعتی امروز به كار می روند، شرح داده میشود.

چینش خود به خود ملكولی

خودچینشی، قرار گرفتن خود به خود ملكولها د ربهترین ساختار تعریف شده است كه اغلب با برهم كنش ضعیفی در مقایسه با اندازۀ ملكول و با انرژی گرمایی محدود صورت می گیرد. به طور خاص، خودچینشی ملكولی قادر به ایجاد ساختارهایی در مقیاس نانو است و تغییر جالبی برای كم كردن هزینه روش های گران لیتوگرافی ارائه می دهد. این روش ها اغلب به روش پایین به بالا (bottom-up) اشاره دارند، زیرا ساختارهایی از بلوك های اولیه ایجاد می كنند. این روش در مقابل روش بالا به پایین (top-down) كه به ماشین اجازه می دهد از تكۀ بزرگتری شروع كند، قرار می گیرد (مانند قسمتی از فلز كه در دستگاه تراش ساخته میشود).

روش چینش خود به خود پلیمری، بسته به نوع موادی كه برای شروع انتخاب میشوند، در مقیاس میكرون و نانو انجام میشود. در تهیه پلیمرها، پلیمر به صورت ذراتی با اندازۀ 1 میكرون تا 10 میكرون از حلال جدا میشود. اندازه این ذرات وابسته به نوع پلیمر متفاوت خواهد بود و میتوان با انتخاب یك حلال خاص ذراتی از دو نوع پلیمر را به طور برجسته تر؟ از حلال جدا كرد.

به طور مشابه میتوان ذراتی با اندازه 100 نانومتر از محلول بدست آورد. این فرآیند اغلب به جداسازی میكروفاز كوپلیمر اشاره دارد. نمونه های نهایی گسترۀ كوچكی از نظم را نشان می دهند. به طوری كه در مخلوط كردن دو پلیمر نمونه ها به صورت تصادفی هستند، یعنی چینش دقیق ایجاد نمیشود. با این وجود گسترۀ وسیعی از نظم با پیش نمونه های اولیه و در جهت چینش پلیمررسوب داده شده، صورت می گیرد.

 

منبع: مجله بسپار

برگردان: مهندس علیرضا قرمز چشمه