AFM : 고분자 표면 수정

애플리케이션 노트

배경

폴리머 점점 더 넓은 범위의 응용 분야, 특히 의료 기기 산업. 폴리머를 이해하는 것이 중요합니다 표면 특성 왜냐하면 폴리머와 그 환경 사이의 많은 중요한 상호 작용이 표면에서 발생하기 때문입니다. 예를 들어, 의료 기기에 사용되는 고분자의 표면은 종종 신체와 기기 사이의 경계면이됩니다. 중합체의 표면 특성을 제어함으로써, 의료 장치 설계자는 신체에 대한 장치의 다양한 반응을 향상 시키거나 억제 할 수있다. 고분자와 그 환경 사이의 상호 작용은 표면 구성과 구조에 크게 좌우됩니다. 스프레이, 진공 증착 및 화학적 또는 플라즈마 에칭과 같은 처리가 다른 바람직한 표면 특성 및 지형을 생성하기 위해 개발되었다.

표면 구성과 지형은 폴리머의 성능에 큰 역할을하기 때문에 정확한 표면 특성은 새로운 물질의 신속한 배치 또는 기존 물질의 문제와 행동에 대한 이해에 중요한 부분이 될 수 있습니다. 원자력 현미경 (AFM)는 고해상도 표면 매핑 기능을 통해 특성화의 핵심 구성 요소가 될 수 있습니다.

변형 및 플라즈마 에칭의 표면 효과

여기에 제시된 이미지는 의료 기기 포장에 사용되는 에틸렌 비닐 아세테이트 필름에 대한 변형 및 산소 플라즈마 에칭의 효과를 보여줍니다. 첫 번째 이미지 인 Figure 1은 수신 된 표면의 4μm 위상 이미지를 보여줍니다. 위상 이미지를 만들기 위해 캔틸레버는 공진 주파수 근처에서 진동하고 캔틸레버와 그 구동력 사이의 위상 지연은 샘플에 대한 외팔보 캔틸레버 위치의 함수로 플롯됩니다. 위상 지연은 지형뿐만 아니라 샘플 표면의 물리적 속성 차이에 민감 할 수 있습니다. AFM 위상 이미지는 폴리머 표면에 대한 상세한 뷰를 제공합니다. 위상 이미지에서 잘 정의 된 특징은 아마도 약간 다른 방향으로 표면에 나타나는 폴리머 박막의 결과 일 것입니다.

AFM (Atomic Force Micrscopy), 수신 된 폴리머 표면 데이터

그림 1 표면이 그대로

두 번째 이미지 인 Figure 2은 샘플이 파단 지점까지 변형되어 스트레스가 풀린 후 동일한 샘플의 다른 영역의 5μm 위상 이미지입니다.

원자력 미세 현미경 (AFM), 폴리머 표면, 변형

그림 2 스트레인 드

변형 방향은 이미지의 위에서 아래로 진행됩니다. 표면이 적용된 응력에 의해 수정 된 것은 분명합니다. 이 형태 학적 정보를 다음과 같은 기법을 사용하여 상세한 화학 분석과 결합합니다. XPS or TOF-SIMS 이 샘플의 동작에 대한 중요한 정보를 제공합니다. 이 이미지들 모두 어느 유형의 샘플 준비도 필요하지 않기 때문에 결과는 준비 과정에서 생성 될 수있는 인공물의 영향을받지 않습니다.

견본 역사

폴리머 표면 샘플의 역사는 그 행동과 성능에 중요한 영향을 줄 수 있습니다. 그림 1 및 2에 표시된 이미지를 얻은 후 샘플을 세 가지 다른 시간 간격 (15 초, 1 분 및 3 분) 동안 산소 플라즈마에서 에칭합니다. 그림 3 및 4은 3 분의 플라즈마 에칭 효과를 나타냅니다. 변형 된 표면 구조가 비 변형 된 표면보다 훨씬 더 큰 영향을받는 것은 명백합니다.

변형되지 않고 변형 된 3 분의 폴리머 표면 변형의 원자력 미세 현미경 (AFM)

그림 3 변형되지 않고 에칭 된 3 분

표면 폴리머의 AFM (Atomic Force Micrscopy), 변형 된 3 분.

그림 4 변형 된 다음 3 분 에칭 됨

정량 분석 ​​: 표면 거칠기 및 PSD 플롯

폴리머의 표면을 시각화 할 수는 있지만 물리적 특성을 실제로 정량화 할 수있는 능력이 중요한 경우가 있습니다. 폴리머 표면 거칠기는 AFM 데이터로부터 측정하기위한 명백한 매개 변수입니다. 그러나 샘플 표면의 거칠기 값은 유용 할 수 있지만 오도 된 수 있습니다. 두 표면의 RMS (Root Mean Square) 거칠기는 동일하지만 매우 다른 지형을 가질 수 있습니다. 표면의 PSD (Power Spectrum Density) 플롯은 표면 질감을 이해하고 특성화하는 데있어보다 효과적인 도구가 될 수 있습니다. PSD는 본질적으로 표면 프로파일의 푸리에 변환이며 표면상의 피처 크기의 분포를 보여줍니다. 표면의 PSD (power spectral density) 플롯은 해당 표면의주기적인 구조를 명확하게 나타낼 수 있습니다. RMS 거칠기 값은 관심있는 특정 주파수 간격에 대한 PSD의 적분 값의 제곱근을 취하여 계산됩니다. 그림 5은 PSD 플롯으로 에칭 시간을 늘려 스트레인 드 및 에칭 된 표면이 어떻게 영향을 받았는지를 명확하게 보여줍니다. PSD는 표면 구조의 방향성을 강조하기 위해 y 방향으로 만 계산되었습니다. 이미지에서 예상 한 바와 같이, 피크는 에칭 시간이 길어질수록 더 긴 파장으로 이동하며, 표면 피처가 크기가 증가하고 있음을 나타냅니다. 에칭 시간에 따른 표면 조도의 증가는 에칭 시간에 따른 커브의 수직 위치의 증가에 의해 입증된다.

PSD 플롯의 AFM (Atomic Force Microscopy) 데이터

그림 5 변형되지 않고 에칭 된 1 분

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