В Институте физических проблем им. Ф. В. Лукина
разработали и опробовали методику сглаживания неровностей поверхности
полиметилметакрилата в нанометровом и субнанометровом диапазонах.
Методика основана на облучении вакуумным ультрафиолетом с длиной волны
около 124 нм.
В настоящее время полимер, называемый полиметилметакрилатом (ПММА),
больше известный в быту как органическое стекло или плексиглас, находит
широкое применение в различных областях науки и техники. В частности,
полиметилметакрилат активно используется в наноэлектронике в качестве
электронного,УФ- и рентгеночувствительного резиста; часто применяется
в микро- и наноэлектромеханических системах как конструкционный
материал. Полиметилметакрилат хорошо зарекомендовал себя в трансплантологии как нетоксичный биосовместимый материал пригодный
для изготовления искусственных органов человека — искусственных
хрусталиков, контактных линз, зубных протезов, костного цемента и др.
Важно так модифицировать поверхность полиметилметакрилата, чтобы ее
параметры точно соответствовали конкретным нуждам того или иного
устройства. Одним из параметров полимера, оказывающим существенное
влияние на рабочие характеристики устройства, является шероховатость
поверхности в нанометровом диапазоне.
При использовании пленки полиметилметакрилата в качестве резиста,
толщина и неровности поверхности определяют минимальный размер
элемента, который можно получить в ходе проведения нанолитографического
процесса. При использовании полиметилметакрилата в качестве
конструкционного материала в микро- и нано- электромеханических системах
рельеф трущихся поверхностей будет определять действующую силу трения,
а, следовательно, связанные с трением потери энергии и термодеформации
миниатюрного механизма. Для изготовления микрожидкостных устройств,
качество поверхности микро- и наноканалов задает характер и скорость
течения по ним используемых в устройстве жидкостей. В медицине, изменяя
шероховатость поверхности трансплантанта, можно избирательным образом
влиять на адсорбцию определенных белков, что позволяет повысить
биосовместимость искусственного органа.
В Государственном научном центре Российской Федерации, Институте
физических проблем им. Ф. В. Лукина (г. Зеленоград) разработали
и опробовали методику сглаживания неровностей поверхности
полиметилметакрилата в нанометровом и субнанометровом диапазонах.
Методика основана на облучении вакуумным ультрафиолетом (ВУФ) с длиной
волны около 124 нм. Ввиду сильного поглощения воздухом ультрафиолетовых
лучей с длинами волн 200—10 нм обработка полимера производится в вакууме, отсюда и название — вакуумный ультрафиолет.
При облучении образцов полиметилметакрилата вакуумным ультрафиолетом
энергии падающих фотонов достаточно для разрыва межмолекулярных связей
в полимере. Кроме того, под воздействием ультрафиолета происходит ряд
химических реакций, стимулированных квантами света (фотолиз). Обломки
молекул полимера вместе с летучими продуктами фотолиза непрерывно
удаляются из рабочей камеры вакуумным насосом. Совокупность процессов,
возникающих при взаимодействии ультрафиолета с полимером, приводит
к сглаживанию нанометровых неровностей рельефа поверхности. Одно
из основных преимуществ описанного процесса обработки — он практически
не вызывает нагрева образца. Кроме того, модификация происходит только
в тонком поверхностном слое полимера, не затрагивая материал в объеме.
По словам одного из разработчиков метода — сотрудника Лаборатории
твердотельной нанотехнологии, Лапшина Ростислава Владимировича
предлагаемый подход позволяет эффективно утонять и сглаживать
поверхность пленки полиметилметакрилата. До недавнего времени
в лабораторной практике отсутствовал удобный и простой в изготовлении
тест-объект, с помощью которого можно было бы надежно фиксировать
нанометрового масштаба изменения рельефа, происходящие в процессе
обработки вакуумным ультрафиолетом. В ходе проведения данного
исследования такой тест-объект был найден.
Найденный тест-объект представляет собой пленку полиметилметакрилата
субмикронной толщины, нанесенную с помощью центрифуги на полированную
поверхность кремниевой пластины и обработанную в кислородной
высокочастотной плазме. В ходе обработки в кислородной ВЧ-плазме
поверхность пленки претерпевает наноструктурирование — вместо гладкой
поверхности со среднеквадратичной шероховатостью 0.3 нм образуются
четко выраженные нанозерна со средним латеральным размером 66 нм
и средней высотой 1.8 нм. Нанорельеф исследуемых поверхностей
полиметилметакрилата измерен с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ)
Solver P4 (НТ-МДТ). Микроскоп и используемые кантилеверы (Институт физических проблем им. Ф. В. Лукина) — отечественного производства.
Помимо эффекта сглаживания ученые института, анализируя
фурье-спектры поверхности, обнаружили интересный феномен. Оказалось,
что наноструктурированная в кислородной ВЧ-плазме
поверхность полиметилметакрилата частично упорядочена. До недавнего
времени порядок в расположении структурных элементов поверхности
наблюдался только в диблок-сополимерах, например,
в полистироле-полиметилметакрилате (ПС-ПММА).
STRF.ru
| 