Luận Án Tiến Sĩ: Nghiên Cứu Phương Pháp Polymer Hóa Vận Chuyển Để Tổng Hợp Vật Liệu

• Tác giả: Zhixiang Lu
• Người hướng dẫn: Prof. Thomas J. Mccarthy
• Trường học: University of Massachusetts Amherst
• Chuyên ngành: Polymer Science and Engineering
• Đề tài: Transport Polymerization For Materials Synthesis
• Loại tài liệu: doctoral dissertation
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Amherst

• ACKNOWLEDGMENTS
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 2. CHƯƠNG 2: VAPOR DEPOSITION OF POLY(ETHYL 2-CYANOACRYLATE)
• 2.1. Cleaning of silicon Wafers
• 2.2. Modification of silicon Wafers
• 2.2.1. One-step modification
• 2.2.2. Two-step modification
• 2.2.3. Small molecule amines
• 2.3. Vapor deposition of PECA on silicon Wafers
• 2.4. Patterned initiator SURFACES
• 2.5. Results and Discussion
• 2.5.1. Surface-bound initiators on silicon wafers
• 2.5.2. Effect of temperature on the vapor deposition of PECA
• 2.5.3. Poly(ethyl 2-cyanoacrylate) thin films from different initiating sites
• 2.5.4. Effect of system pressure on vapor deposition of PECA
• 2.5.5. Vapor deposition of PECA on tris-TMSCI modified silicon
• 2.5.6. ECA polymerization on patterned surfaces
• 3. CHƯƠNG 3: METAL DEPOSITION IN THIN POLYMER FILMS
• 3.1. Synthesis of PECA films
• 3.2. Synthesis of poly(para-xylylene) thin films
• 3.3. Surface modification of PPX film
• 3.4. Multilayer polymer thin films
• 3.5. Pt deposition in polymer thin films
• 3.6. Ag and Ni deposition in PECA thin films
• 3.7. Results and Discussion
• 3.7.1. Pt deposition in poly(ethyl 2-cyanoacrylate) thin films
• 3.7.2. The effect of temperature on platinum particle size
• 3.7.3. The effect of precursor concentration on platinum particle size
• 3.7.4. Reduction with and without carbon dioxide
• 3.7.5. PPX surface modification
• 3.7.6. Platinum deposition in PPX-PECA multilayer thin films
• 3.7.7. Silver and nickel deposition in poly(ethyl 2-cyanoacrylate) thin films
• 4. CHƯƠNG 4: SURFACE MODIFICATION OF POLY(ETHYL 2-CYANOACRYLATE) FILM
• 4.1. Surface modification of polymer films
• 4.2. Surface modification of poly(ethyl 2-cyanoacrylate) film
• 4.2.1. Reduction of PECA film by LiAlH4
• 4.2.2. Vapor phase reaction of HFBC with LiAlH4-reduced PECA film
• 4.2.3. Further modification of LiAlH4-reduced PECA films
• 4.2.4. PECA reduction with BH3 in diethyl ether at room temperature
• 4.2.5. Modification of BH3-reduced PECA
• 4.3. Results and Discussion
• 4.3.1. PECA reduced by LiAlH4 in diethyl ether
• 4.3.2. Vapor reaction of HFBC with LiAlH4-reduced PECA films
• 4.3.3. Solution reaction of HFBC with LiAlH4-reduced PECA films
• 4.3.4. Reduction of PECA film by BH3 in diethyl ether
• 5. CHƯƠNG 5: PREPARATION OF SMALL POLYMER OBJECTS USING ANODIZED ALUMINUM MEMBRANES
• 5.1. Anodized aluminum membranes (AAM)
• 5.2. Modification of anodized aluminum membranes (AAM)
• 5.3. Vapor deposition of poly(ethyl 2-cyanoacrylate) on AAMs
• 5.4. Vapor deposition of poly(p-xylylene) on AAMs
• 5.5. Surface modification of the poly(p-xylylene) layer on AAMs
• 5.6. Preparation of poly(ethyl 2-cyanoacrylate)/poly(p-xylylene) coaxial nanotubes using AAMs as templates
• 5.7. Metal deposition in PPX/PECA nanotubes
• 5.8. Results and Discussion
• 5.8.1. Vapor deposition of PECA on AAMs
• 5.8.1.1. Nitrogen flow rate
• 5.8.1.2. The effect of the temperature on the vapor deposition of PECA on AAM
• 5.8.1.3. The effect of vapor deposition time on the deposition of PECA on AAM
• 5.8.2. PPX/PECA coaxial nanotubes
• 5.8.3. Platinum deposition in PPX/PECA coaxial nanotubes
• APPENDICES
• A. CALCULATION OF PECA THICKNESS ON AAM
• B. ELECTROLESS GOLD DEPOSITION IN PECA NANOTUBES
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES

I. Phương pháp polymer hóa

Luận án tập trung vào phương pháp polymer hóa thông qua kỹ thuật lắng đọng hơi để tổng hợp các màng polymer mỏng. Cụ thể, poly(ethyl 2-cyanoacrylate) (PECA) được tạo ra trên bề mặt phẳng mà không trải qua pha lỏng. Các yếu tố như áp suất hệ thống, nhiệt độ monomer và chất khởi tạo bề mặt được nghiên cứu để kiểm soát độ dày và độ nhám của màng polymer. Kỹ thuật polymer hóa này cho phép tạo ra các màng polymer có cấu trúc phức tạp, mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu tiên tiến.

1.1 Quá trình polymer hóa

Quá trình polymer hóa được thực hiện thông qua lắng đọng hơi, nơi monomer ethyl 2-cyanoacrylate (ECA) được chuyển thành polymer mà không cần dung môi. Quá trình polymer hóa này được điều khiển bởi các chất khởi tạo bề mặt, giúp tạo ra các màng polymer có độ đồng đều cao. Các thí nghiệm cho thấy, việc điều chỉnh nhiệt độ và áp suất có thể ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ và chất lượng của quá trình polymer hóa.

1.2 Ứng dụng của polymer hóa

Ứng dụng polymer trong luận án này không chỉ giới hạn ở việc tạo màng mỏng mà còn mở rộng sang các vật liệu composite và vật liệu nano. Các màng PECA được sử dụng làm nền tảng để tạo ra các lớp dẫn điện và cách điện, đặc biệt trong các ứng dụng điện tử và quang học. Vật liệu polymer này cũng được nghiên cứu để tích hợp với các kim loại như bạch kim, tạo ra các vật liệu composite có tính chất cơ học và điện học vượt trội.

II. Vận chuyển tổng hợp vật liệu

Luận án đề cập đến vận chuyển tổng hợp vật liệu thông qua việc sử dụng các kỹ thuật lắng đọng hơi và siêu tới hạn. Các vật liệu như poly(para-xylylene) (PPX) và PECA được kết hợp để tạo ra các cấu trúc đa lớp, mang lại tính chất độc đáo. Phương pháp tổng hợp này cho phép kiểm soát chính xác độ dày và cấu trúc của các lớp vật liệu, mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong công nghệ vật liệu.

2.1 Kỹ thuật lắng đọng hơi

Kỹ thuật polymer hóa thông qua lắng đọng hơi được sử dụng để tạo ra các màng polymer mỏng với độ chính xác cao. Các thí nghiệm cho thấy, việc điều chỉnh tốc độ dòng khí và thời gian lắng đọng có thể ảnh hưởng đến độ dày và độ đồng đều của màng. Vật liệu tổng hợp này có thể được sử dụng trong các ứng dụng như cảm biến, màng lọc và thiết bị điện tử.

2.2 Ứng dụng trong vật liệu nano

Vật liệu nano được tạo ra thông qua việc sử dụng màng nhôm anodized (AAM) làm khuôn mẫu. Các ống nano PECA và PPX/PECA được tạo ra bằng cách lắng đọng hơi trên các kênh nano của AAM. Công nghệ vật liệu này cho phép tạo ra các cấu trúc nano phức tạp, có thể ứng dụng trong lĩnh vực y sinh và điện tử nano.

III. Vật liệu polymer và composite

Luận án nghiên cứu sâu về vật liệu polymer và composite, đặc biệt là các màng PECA và PPX. Các vật liệu này được kết hợp với kim loại như bạch kim, bạc và niken để tạo ra các vật liệu composite có tính chất cơ học và điện học vượt trội. Vật liệu composite này có thể được sử dụng trong các ứng dụng như cảm biến, thiết bị lưu trữ năng lượng và vật liệu cách điện.

3.1 Tổng hợp vật liệu composite

Tổng hợp vật liệu composite được thực hiện thông qua việc sử dụng carbon dioxide siêu tới hạn (scCO2) để lắng đọng kim loại trong các màng polymer. Các thí nghiệm cho thấy, việc điều chỉnh nhiệt độ và nồng độ tiền chất có thể ảnh hưởng đến kích thước và sự phân bố của các hạt kim loại. Vật liệu tiên tiến này có thể được sử dụng trong các ứng dụng điện tử và quang học.

3.2 Ứng dụng của vật liệu composite

Ứng dụng polymer và composite trong luận án này không chỉ giới hạn ở việc tạo ra các màng mỏng mà còn mở rộng sang các cấu trúc nano. Các ống nano PECA và PPX/PECA được sử dụng làm nền tảng để lắng đọng kim loại, tạo ra các vật liệu có tính chất điện học và cơ học độc đáo. Khoa học vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các thiết bị điện tử và y sinh tiên tiến.