Fabrication de grande Zone de libre-debout ultraminces films polymères

Free-standing films minces de polymère sont utilisés dans une variété d'applications, y compris les capteurs MEMS, ^1-3, la catalyse ou filtration, ⁴ et le génie tissulaire. ^5-8 Ils sont également utilisés pour des études fondamentales explorer le comportement des polymères sous confinement. ^{9- 13} Une pellicule autoportante est une qui est supportée sur un substrat non continu comme une bague annulaire ou virole, par opposition à une tranche de silicium ou lame de verre. Ce travail décrit une procédure simple, reproductible pour la fabrication des films polymères autonomes ultra-minces qui est adapté pour les films de grande surface ou de la production à haut débit. Il est compatible avec une grande variété de polymères, y compris les poly (formal de vinyle), le polystyrène et le poly (méthacrylate de méthyle). Il peut être utilisé pour fabriquer des films autonomes qui sont aussi grands que 13 cm de diamètre ou aussi minces que 10 nm.

La fabrication de polymères autoporteuses se compose de trois étapes de base: 1) deposition d'un film de polymère sur un substrat traditionnel tel qu'une plaquette ou une diapositive, 2) la libération ou le décollage du film du substrat, et 3) la capture du film résultant sur ​​un support. Cet article détaille une procédure qui nous l'avons signalé dans une étude antérieure sur les différentes méthodes de libération. ¹⁴

Le dépôt peut être réalisé par un certain nombre de technologies de films minces de base de polymère tels que le dépôt à la tournette, le dépôt en phase vapeur, ou dip-coating. Dans ce travail, nous utilisons des techniques de revêtement par centrifugation standard.

Le "float hors-lift sur" technique est la méthode la plus courante pour la libération d'un film ultramince de son substrat. ¹⁵ Dans cette technique, le film et le substrat sont immergés dans un bain de solvant approprié. Le solvant gonfle le film et induit un délaminage spontané, en libérant le film et lui permettre de flotter à la partie supérieure du bain. L'épaisseur minimale de film qui peutêtre libéré en utilisant décollage-flotteur sur l'équilibrage est déterminé par l'énergie de pelage interfaciale avec l'énergie de déformation induite par le ^{gonflement-16}

(1)

Où L est l'épaisseur du film, _f ν est le coefficient de Poisson du film, E est le module de la feuille de Young, ξ est le rapport de gonflement du film, et γ est l'énergie interfaciale de l'épluchage. Une méthode typique pour contourner la limitation imposée par l'équation (1) consiste à déposer une couche intermédiaire entre la couche sacrificielle et le substrat de dépôt. ^17-20 Lorsque cette couche intermédiaire se dissout dans un bain de solvant, le film est libéré et peut être capturé sur un support . Un procédé apparenté est la méthode de surcouche sacrificielle, qui utilise pelage mécanique du film sur une couche sacrificielle prIOR à la dissolution ^21.

L'utilisation de matériaux sacrificiels présente plusieurs inconvénients principaux. En premier lieu, l'addition d'un matériau de procédé supplémentaire et peut nécessiter une étape compromis entre les conditions optimales pellicule de fabrication et des conditions de traitement de sacrificielles matériau. Deuxièmement, les matériaux sacrificiels peuvent être difficile à déposer sans affecter les propriétés mécaniques ou la pureté du film autoportante finale. Troisièmement, le processus pour déposer le matériau sacrificiel doit être optimisée et contrôlée pour la qualité comme une opération dans le film autoportant fabrication globale. ¹⁴

Dans ce travail, nous décrivons une technique de modification de surface qui diminue l'énergie de pelage interfaciale, permettant au décollage flottant sur la technique à utiliser pour les films ultraminces. Le substrat de dépôt est modifié par l'assemblage d'un auto-limitée, auto-optimisation quasi-monocouche du chlorure polycation polydiallyldiammonium (PDAC). À cause de lala force de la liaison entre le polycation et le substrat, cette modification de surface est solide aux étapes ultérieures du procédé. La nature auto-limitation et d'auto-optimisation de la formation près-monocouche nécessite pratiquement nulle optimisation et est facilement extensible à de grandes zones.

Après le retrait, le film remonte à la surface du bain de solvant où il est capturé sur un support de frettage. Bien que pas accordé beaucoup d'attention dans la littérature existante, dans ce travail, nous allons décrire les techniques de capture de grande surface films sur des supports qui réduisent la probabilité de se déchirer ou endommager autrement le film.