Высокотемпературная атомно-силовая микроскопия структурных превращений в монокристаллах и ультратонких слоях полиэтилена и алканов

• Автор: Ерина, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Оглавление стр.

Введение. Общая характеристика работы.

Глава 1. Обзор литерату ры

1.1. Современные представления о морфологии и структурных превращениях

в монокристаллах полимеров

1.1.1. Единичные кристаллы ПЭ

1.1.2. Монодисперсныс длинноцепиые алканы

1.1.3. Структурные перестрйки при отжиге кристаллов

1.1.4. Ультратонкис полимерные слои

1.2. Атомносиловая микроскопия и ее возможности при исследовании

морфологии и наноструктуры полимерных объектов

1.2.1. Основные принципы работы АСМ
1.2.2. Возможности АСМ при исследовании полимерных объектов
1.2.3. Высокотемпературная АСМ
Глава 2. Методическая часть
2.1 Объекты исследования
2.2 Характеристика субстратов
2.3. Методики выращивания монокристаллов и получения образцов для АСМ
2.4. Структурные исследования с помощью АСМ
2.5. Высокотемпературная АСМ
2.6. Процедуры отжига монокристаллов
2.7. Количественный анализ АСМ изображений
Глава 3. Сравнительное исследование структу рных превращений при отжиге единичных кристаллов ПЭ и С0на различных субстратах
3.1. Единичный кристалл ПЭ на поверхности кремния
3.2. Единичный кристалл С0 на поверхности кремния
3.3. Единичный кристалл ПЭ на поверхности графита
3.4. Единичный кристалл С0 на поверхности графита
Глава 4. Ультратонкис слои алканов и ПЭ на графите
Заключение и выводы
Список цитированной литерату ры
Список пу бликаций по теме диссертации
Введение. Общая характеристика работы
Актуальность


Тилла , Келлера и Фишера на хорошо идентифицированных единичных кристаллах. В результате многочисленных последующих исследований было установлено, что складывание цепи при кристаллизации полностью определяется кинетическими причинами, в то время как образование наиболее равновесных кристаллов происходит только тогда, когда макромолекулы находятся в полностью выпрямленной конформации . Однако тенденция к образованию складок в гибкоцепных полимерах обычно доминирует и, как правило, реализуется при обычных условиях кристаллизации , , что находит отражение в моделях кристаллизации полимеров со складыванием цепей . Применение в последнее время современных методов структурной характеризации высокого разрешения, таких как дифракция от синхротронных источников, атомносиловая микроскопия и резко возросший потенциал компьютерного моделирования сделали возможным создание новых рациональных теоретических подходов для описания различных стадий процесса кристаллизации, 8 том числе и в расплаве . Следует отметить, что исследование процессов кристаллизации и плавления проводятся в образцах на различных иерархических уровнях и размерных шкалах в одиночных кристаллах, в кристаллических стопках и в блочных образцах. Геометрические ограничения, когда толщина слоя сравнима с радиусом инерции невозмущенного полимерного клубка, резко сокращают число возможных конформационных состояний цепи, оказывая влияние на механизм нуклеации и кинетику роста и, следовательно, на температуры фазовых переходов, которые могут сильно отличаться от соответствующих характеристик блочного материала . Кристаллическая решетка. Секторизация. Различие морфологии и структуры ламелей, закристаллизованных в растворе и из расплава, обусловленно различной степенью свободы. Специфика кристаллизации из расплава подразумевает, что получаемые структуры только частично кристаллические, состоящие из организованного кристаллического ядра и разунорядоченного, аморфного материала. Кристаллизация полимеров в разбавленных растворах протекает в более благоприятных условиях и ведет к образованию единичных кристаллов. Ламелярный рост в очень разбавленных растворах происходит путем постепенного добавления цепей к растущему фронту ламели. Размеры и форма кристаллов зависят от температуры кристаллизации, концентрации раствора и типа растворителя, а также от молекулярной массы полимера . Рисунок. Схематичное изображение пирамидальных кристаллов, выращенных в растворе а. У и усеченного ромба б. Кристаллы отличаются лишь углом при вершине пирамиды и количеством граней, причем типичными формами единичных кристаллов ПЭ являются полые четырехили шестигранные пирамиды рис. При осаждении на твердые субстраты эти пирамидальные трехмерные структуры коллапсируют с образованием квазидвумерных пластинламелей в форме ромба с четырьмя секторамидоменами складывания 0 рис. Для единичных кристаллов ПЭ характерна ортогональная упаковка цепей, когда основная сось цепи ориентирована перпендикулярно к базисным плоскостям кристалла рис. Другие типы решеток, такие как моноклинная и гексагональная, довольно редки и наблюдаются при специфических условиях кристаллизации . Рисунок. Модель элементарной кристаллической ячейки ПЭ. Идеализированная схема строения усеченной ламели с орторомбнческой кристаллографической ячейкой масштаб в латеральных и вертикальном направлениях не выдержан. Высота кристалла, определяемая размером прямого участка сложеной цепи, или ствола , относительно невелика нм по сравнению с поперечными размерами, достигающими десятков микрон. В идеальном случае для ПЭ ствол состоит из последовательности звеньев плоского зигзага в иянсконформации . В месте молекулярной складки, включающей приблизительно пять атомов основной цепи при условии плотной регулярной свертки, происходит изменение внутренней энергии за счет деформирования межатомных расстояний и валентных углов с образованием гошконформеров . Длина прямолинейного участка в сложенной молекуле, определяющая толщину ламели, возрастает с уменьшением степени переохлаждения .