z książki NANONAUKI I NANOTECHNOLOGIE, Radom 2007

5. Projekty badawcze z dziedziny nanotechnologii realizowane w Polsce
Samoorganizacja w wielosk³adnikowych
nanowarstwach makromoleku³
"!
1
Kontrola samo-organizacji, tworzenia siê i odwzorowania
struktur w wielosk³adnikowych nanometrowych warstwach
makromoleku³ obejmuje osi¹gniêcia badawcze uzyskane zarówno
dla uk³adów czysto modelowych, jak i bêd¹cych blisko
wdro¿enia. Samoorganizacja zachodz¹ca w trakcie deponowania
nanowarstw mieszanin polimerów umo¿liwia jednoetapowe
osadzanie i porz¹dkowanie ró¿nych doment fazowych, które
mog¹ tworzyæ odmienne elementy funkcjonalne potencjalnych
urz¹dzeñ (opto-)elektronicznych lub szablonów do ich tworzenia.
Rozpoznano i okreœlono warunki spontanicznego tworzenia siê
lamelli w nanowarstwach mieszanin modelowych osadzanych z roztworu na
wiruj¹ce pod³o¿e. Zaobserwowano tak¿e samorozwarstwienie dla uk³adów
polimer przewodz¹cy-polimer izoluj¹cy oraz polimer pó³przewodz¹cy (typu p)
- pochodna fulerenu (typu n) (rys. 5.1.1). Uk³ady takie umo¿liwiaj¹ tworznie
anizotropowych przewodników oraz tanich ogniw fotoelektrycznych.
Rys. 5.1.1. Spontaniczne tworzenie lamelli przy deponowaniu (a-c) nanowarstwy mieszaniny polimer sprzê¿ony/pochodna
fullerenu (b) z roztworu na obracaj¹ce siê pod³o¿e, potwierdzone przez dynamiczn¹ spektrometriê masow¹ jonów
wtórnych dSIMS (d). Uk³ad (b) jest materia³em w foto-ogniwach o 3.5% sprawnoœci przetwarzania energii.
Stwierdzono i okreœlono warunki spontanicznego odtwarzania chemicznego
wzoru pod³o¿a (wydrukowanego mikrokontaktowo) przez nanowarstwy
mieszanin modelowych, zachodz¹ce w trakcie ich osadzania na wiruj¹ce
pod³o¿e (rys. 5.1.2). Okreœlono wp³yw stopnia wspó³miernoœci przestrzennej
(rozmiar domen - period wzoru) i wspó³miernoœci sk³adu mieszaniny i wzoru
chemicznego na anizotropow¹ morfologiê nanowarstw. Zademonstrowano tak¿e
odwzorowanie wzoru pod³o¿a przez deponowane mieszanki polimer
przewodz¹cy - polimer izoluj¹cy. Mechanizm ten pozwala na utworzenie
œcie¿ek przewodnictwa w elektronice plastikowej.
414
Nanonauki i nanotechnologie
Rys. 5.1.2. Spontaniczne odtwarzanie chemicznego wzoru pod³o¿a, wydrukowanego mikro-kontaktowo za pomoc¹
samoorganizuj¹ych siê moleku³ SAM, b, c) podczas osadzania z roztowru nanowarstw mieszanin polimerów,
d) potwierdzone przez AFM dla ró¿nego stopnia wspó³miernoœci (skali i sk³adu) mieszanin i wzorów.
Rys. 5.1.3. a, b) Powierzchniowa struktura warstw nanocz¹steczek mieszanin utworzonych z miniemulsji, obserwowana
za pomoc¹ mikroskopii si³ poprzecznych LFM i analizowana z wykorzystaniem metody geometrii ca³kowej (d)
wykazuje domeny o rozmiarach 10-200 nm.
Zademonstrowano mo¿liwoœæ obni¿enia rozmiarów R struktur domenowych
nanowarstw polimerów niemieszalnych, je¿eli osadzanie z roztworu (R ~ 1 µm)
jest zast¹pione przez deponowanie nanocz¹steczek utowrzonych z miniemulsji
(R ~ 10 - 200 nm) (rys. 5.1.3). Uzyskanie nanowarstw o kontorlowanej
morfologii submikronowej (o skali zbli¿onej np. do d³ugoœci dyfuzji ekscytonu)
jest niezbêdna dla rozwoju optoelektroniki organicznej.
Opracowano algorytm numerycznej analizy morfologii nanowarstw
polimerowych (tzw. podejœcie geometrii ca³kowej) oraz opart¹ na nim metodê
analizy jakoœci litograficznego przeniesienia tej morfologii w pod³o¿e,
zademonstrowan¹ dla litografii jonowej.
Zaobserwowano selektywn¹ adsoprcjê bia³ek do powierzchniowych wzorów
polimerowych: zainicjowano badania nad utworzeniem mikromacierzy bia³ek.
Badania realizowane przez Grupê Fizyki Nanowarstw Makromoleku³, obejmuj¹c¹ badaczy z Instytutu Fizyki
Uniwersytetu Jagielloñskiego i Wydzia³u Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej we wspó³pracy
z Karlstad SE, Ateny GR, Ulm DE, Uffa RU, Wilno LT, Notre Dame US oraz IFJ PAN Kraków
Koordynator: Prof. dr hab. Andrzej BUDKOWSKI
Zak³ad In¿ynierii Nowych Materia³ów Instytutu Fizyki UJ w Krakowie
Dodatkowe informacje: http://www.if.uj.edu.pl/pl/ZINM/polyfilms/
Strony 413-414 z ksi¹¿ki: Nanonauki i nanotechnologie, red. A. Mazurkiewicz, Radom 2007