La fabricación de superficies de gran autoportante ultrafinos Polymer Films

Autoportante películas poliméricas delgadas se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluyendo sensores, ^1-3 MEM, la catálisis o filtración, ⁴ y la ingeniería de tejidos. ^8.5 También se utilizan para estudios fundamentales que exploran el comportamiento de los polímeros en un espacio limitado. ^{9- 13} Una película independiente es uno que está soportado sobre un sustrato no continuo, tal como un anillo anular o aro en contraposición a una oblea de silicio o portaobjetos de vidrio. Este trabajo describe un procedimiento sencillo y repetible para la fabricación de películas de polímeros ultrafinos exentas que es adecuado para películas de gran superficie o la producción de alto rendimiento. Es compatible con una variedad de diferentes polímeros, incluyendo poli (vinil formal), poliestireno y poli (metacrilato de metilo). Se puede utilizar para fabricar películas de pie libres que son tan grandes como 13 cm de diámetro o tan delgado como 10 nm.

La fabricación de polímeros exentas consiste en tres pasos básicos: 1) deposition de película de polímero sobre un sustrato tradicional tal como una oblea o diapositiva, 2) la liberación o el despegue de la película del sustrato, y 3) la captura de la película resultante sobre un soporte. En este trabajo se detalla un procedimiento que se informó en un estudio anterior sobre diversos métodos de liberación. ¹⁴

La deposición se puede lograr por cualquier número de tecnologías de película de polímero finas básicas tales como spin-revestimiento, deposición de vapor, o recubrimiento por inmersión. En este trabajo, utilizamos técnicas spin-revestimiento estándar.

El "flotar fuera del ascensor en" técnica es el método más común para la liberación de una película ultrafina de su sustrato. ¹⁵ En esta técnica, la película y el sustrato se sumergen en un baño de disolvente adecuado. El disolvente se hincha la película e induce la delaminación espontánea, la liberación de la película y permitiendo que flote a la parte superior de la bañera. El espesor mínimo de película que puedeser liberados mediante ascensor fuera de flotador en está determinada por el equilibrio de la energía peeling interfacial con la energía de deformación inducida por la inflamación-: ¹⁶

(1)

Donde L es el espesor de la película, ν _f es la relación de la película de Poisson, E es el módulo de Young de la película, ξ es la relación de hinchamiento de la película, y γ es la energía interfacial de pelar. La forma típica de eludir la limitación impuesta por la ecuación (1) es depositar una capa intermedia sacrificial entre la película y el sustrato de deposición. ^17-20 Cuando esta capa intermedia se disuelve en un baño de disolvente, la película se libera y puede ser capturada sobre un soporte . Un método relacionado es el método sobrecapa sacrificial, que utiliza pelado mecánico de la película sobre una capa de sacrificio prIOR a la disolución. ²¹

El uso de materiales de sacrificio tiene varios inconvenientes principales. En primer lugar, la adición de un material de proceso adicional y paso puede requerir un compromiso entre las condiciones de fabricación de película óptimas y condiciones de procesamiento material de sacrificio. En segundo lugar, los materiales de sacrificio pueden ser difíciles de depósito sin afectar a las propiedades mecánicas o la pureza de la película independiente final. En tercer lugar, el proceso para depositar el material de sacrificio debe ser optimizado y monitoreado por la calidad como una operación en la fabricación total de la película de independiente. ¹⁴

En este trabajo se describe una técnica de modificación de la superficie que disminuye la energía interfacial pelado, lo que permite el ascensor fuera de flotador en la técnica que se utiliza para las películas ultrafinas. El sustrato de deposición es modificado por el montaje de un autolimitada, la auto-optimización casi monocapa del cloruro polydiallyldiammonium policatión (PDAC). Debido a lafuerza de la unión entre el policatión y el sustrato, esta modificación de la superficie es robusto a pasos de proceso subsiguientes. La naturaleza autolimitante y la auto-optimización de la formación cercana a la monocapa requiere prácticamente nula optimización y es fácilmente escalable a grandes áreas.

Después de la retirada, la película flota en la superficie del baño de disolvente en el que se captura en un soporte de aro. Si bien no se da mucha atención en la literatura existente, en este trabajo vamos a describir las técnicas para la captura de películas de gran superficie sobre soportes que reducen la probabilidad de romper o dañar de otro modo la película.