Особенности формирования и характер межмолекулярных взаимодействий в тонких пленках организованных структур амфифильных полимеров

Актуальность проблемы.

Гонкие пленки полимеров находят широкое применение в современной микроэлектронике, медицине, биологии и других областях науки и техники. Способы получения тонких пленок полимеров разнообразны и включают в себя модификацию поверхности полимеров, осаждение адсорбционных ориентированных слоев из растворов, полимеризацию в тонком слое и формирование организованных полимерных ансамблей по методике Ленгмюра-Блоджетт.

Технология Ленгмюра-Блоджетт для высокомолекулярных веществ имеет три варианта:

1. Формирование монослоев из мономеров на поверхности жидкости (чаще всего, воды), перенос монослоев на твердую подложку с последующей полимеризацией.

2. Формирование монослоев из мономеров на поверхности жидкости, полимеризацию монослоев и их перенос на твердую подложку.

3. Формирование монослоя из полимера на поверхности жидкости и его перенос на твердую подложку.

Многократный перенос ориентированных и структурированных слоев существенно расширяет функциональные возможности полимерных, пленок (таОл.1).

Достоинством полимерных пленок также является возможность регулирования эксплуатационных свойств за счет включения наночастиц металлов в структуру организованного ансамбля полимера или получение полимерных комплексов металла. Образующиеся организованные ме-таллгюлимерные системы обладают уникальными свойствами и возможностями для практического применения в качестве катализаторов, полупроводников, специфических светофильтров и магнитных жидкостей.

1 О ТТ 1 о, чл', Л ,.

Актуальные и нерспективные направления изучения организованных ансамблей полимеров.

Молекулярное зодчество.

Фундаментальные исследования.

Физика поверхности двумерных систем и жидких кристаллов $— <�—. <�—.

Химия ориентированных молекул реагентов.

Физика органических полупроводниковых металлов и сверхпроводников.

Моделирование биологических структур и процессов.

Технические приложения.

Мдщюэлектроника МДП-структуры, тунельные переходы, электро, люминофоры, фотои злектронорезисты и т. д.

Оптика светофильтры, световодные пленки, поляроиды, рентгеновские решетки и сверхрешетки и т. д.

Приборостроение пирои пьезодатчики, гигрометры, анализаторы примесей, световые модуляторы и т. д.

Химиям, эищгетшса катализаторы и фотокатализаторы, фотораз ложет ше воды, преобраз. солнеч. шергяи и т. д.

Мономолекулярные пленки низкомолекулярных соединений достаточно хорошо изучены и создание организованной архитектуры на их основе не вызывает трудностей. Полимеры имеют более сложное строение и получение их организованных мономолекулярных структур, значительно затруднено. Это связано с тем, что, во-первых, многие полимеры хорошо растворимы в воде, во-вторых, полярные центры полимера способны гид-ратироваться, что негативно сказывается на молекулярной сборке организованных структур и, в-третьих, трудно добиться воспроизводимых равновесных условий как при разворачивании полимера в мономолекулярную структуру, так и при переносе на твердую подложку,.

Центральными вопросами в технологии формирования организованных полимерных, структур остаются:

1) выявление условий для максимального межмолекулярного взаимодействия высокомолекулярного соединения (ВМС) со средой, в которой формируется организованная структура (например, плотноупакованный монослой на воде);

2) обеспечение интенсивного межмолекулярного взаимодействия между молекулами или фрагментами ВМС, определяющее молекулярную архитектуру;

3) получение стабильных и воспроизводимых результатов.

Цель работы.

Целью настоящей работы является изучение характера межмолекулярных взаимодействий в тонких поверхностных слоях полимеров как в процессе формирования организованных полимерных структур на водной субфазе (вода, буферные и небуферные растворы в интервале рН от 1 до 12, растворы солей металлов), так и на поверхности твердой подложки.

Ранее в лаборатории кафедры «Физическая и коллоидная химия» Нижегородского государственного технического университета было показано., что наночастицы серебра, сформированные в поверхностном слое модифицированного полиимида, обуславливают интересные нелинейные оптические эффекты (эффект аномального поглощения света). В связи с этим в работе большое внимание уделено донорно-акцепторным взаимодействиям соединений серебра с ВМС на всех этапах формирования тонкопленочной структуры.

Научная новизна.

Впервые сформированы организованные ансамбли амфифильных полимеров, содержащие высокий массовый процент гидрофильного спейсера на поверхности водной субфазы в интервале рН от 1 до 12, на субфазе водного раствора нитрата серебра и на поверхности кварца.

Впервые получены устойчивые донорно-акцепторные комплексы ионов серебра с полимерными структурами, проявляющими нелинейные оптические эффекты, на поверхности кварца.

Совокупностью методов исследования (анализа диаграмм сжимаемости, УФ-спектров поглощения, прямых спектрометрических измерений поверхностной концентрации ионов серебра, титриметрического анализа карбоксильных групп, изучением смачивания по измерению углов натека-ния, оттекания и определения равновесных краевых углов смачивания в условиях избирательного смачивания) показана доминирующая роль кислотно-основных взаимодействий при формировании организованных полимерных ансамблей на любых границах раздела.

На основе расчетов энергетических характеристик: ЛОпершоса, А/, адгезии, составляющих поверхностной и межфазной энергии Гиббса на межфазных границах, одна из которых ультратонкая пленка полимера, предложены оригинальные критерии эффективности прогнозирования ориентации и совместимости при переносе слоев организованных структур на твердую подножку.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано восемь печатных работ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и библиографии. Общий объем составляет 113 страниц машинописного текста (в том числе 10 таблиц, 32 рисунка, список цитируемой литературы из 69 наименований).