Blok-kopolimer filmlerin ve nanopartiküllerin mikroakışkan kalıplamayöntemiyle desenlenmesi
Patterns of block-copolymer films and nanoparticles fabricated by microfluidic molding
- Tez No: 534422
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Mikroakışkan, Blok Kopolimer, Polimer İnce Filmleri, Kendiliğinden Düzenlenme, Polimer Fırça, Nanopartikül, Microfluidics, Block Copolymer, Polymer Thin Films, Self Assembly, Polymer Brush, Nanoparticle
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
Yüzeyler üzerinde nano boyutta desenlerin üretilmesi için oldukça umut vaat edici bir yaklaşım blok-kopolimerlerin (BKPlerin) ince filmlerde faz ayrışması sonucu boyutları 50 nm ve periyotları 100 nm'nin altında desenleri büyük bir doğruluk ile oluşturabilmesidir. BKP ince filmlerinin nanolitografi uygulamalarında kullanımının önündeki önemli bir zorluk, aynı alttaş üzerinde desenlenebilecek yapıların boyut, periyot ve geometrilerindeki kısıtlamalardır. Bu tez çalışmasında, BKPlerin mikroakışkan (MA) kalıplama ile yüzeyler üzerinde seçici olarak biriktirilmesiyle, geniş alanlar üzerinde boyutları santimetreden nanometreye kadar değişen çoklu ve hiyerarşik desenlerin üretilmesine imkân tanıyan yeni bir yöntemin geliştirilmiştir. Bu doğrultuda farklı geometri ve boyutlarda desenler içeren elastomerik polidimetilsiloksan ile kalıplar üretilmiştir. Bu kalıpların alttaş üzerine yerleştirilmesiyle iki ucu açık MA kanallar elde edilmiştir. Polimer çözeltilerinin, kapiler etkiyle veya dışarıdan basınç uygulanmasıyla kanalları doldurması ve takibinde buharlaşma ile desenler elde edilmiştir. Farklı kanal yüksekliğine ve geometriye sahip MA kanalların BKP filmlerin kalınlığına etkisi araştırılmıştır. Mikro boyutta desenlenmiş poli(stiren-blok-metil metakrilat) filmlerinin ısıtılmasıyla faz ayrışması sonucu boyut, periyot ve morfolojisi monomer hacim fraksiyonu ve molekül ağırlığı ile belirlenen nanoyapılar kendiliğinden düzenlenme ile elde edilmiştir. Ayrıca MA kalıplar vasıtasıyla biriktirilen BKP filmlerinin kendiliğinden düzenlenmesinin litografik şablonlar ile yönetilmesi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda MA kalıplama ile uç fonksiyonlu polimerlerin yüzeyler üzerinde desenlenmesiyle metalik nanopartiküllerin yüksek bir seçicilik ile bağlanması gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, tez kapsamında geliştirilen yöntem ile farklı molekül ağırlık ve monomer fraksiyonuna sahip BKPlerin, geniş yüzey alanlarında ve kısa sürelerde lokalize olarak biriktirilebildiği ve böylece nanoyapıların boyut, periyot ve morfolojilerinin birbirinden bağımsız olarak kontrol edilebileceği gösterilmiştir. Geliştirilen yaklaşımın önemli avantajları özel bir cihaz alt yapısı gerektirmemesi, basitliği ve kalıpların tekrar kullanılabilmesi ile düşük maliyetidir. Bu yaklaşım ile uç fonksiyonlu polimerlerin desenlenmesiyle BKP oryantasyonunun kontrolü ve nanopartikül dizilimlerinin üretimi ile ilgili elde edilen sonuçlar tez çalışmasının farklı bilimsel alan ve teknolojik uygulamalarda geniş etki potansiyelini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
One of the promising approaches employed to form nanopatterns on surfaces is selfassembly of block-copolymers (BCPs). In thin films, phase-separated BCPs can form patterns with dimensions and pitches smaller than 100 nm. A particular challenge encountered in the use of BCP thin films in nanolithography applications is the constraints in the size, periodicity, and geometry of the features that are patterned on the same substrate surface. The objective of this thesis was development of a new method for the fabrication of multiplex and hierarchical patterns with dimensions that span the scale of nanometers to centimeters, using patterned deposition of BCP films on large surface areas through a microfluidic (MF) molding method. Along this objective, elastomeric molds consisting of patterns of varying sizes and geometries were fabricated from polydimethylsiloxane. The placement of these molds on the target substrate resulted in open-ended MF channels. Patterned films were obtained through filling of the channels by capillary action or external pressure, followed by evaporation of the solvent. The effects of the channel height and geometry on the thickness of the patterned BCP films were investigated. Thermal annealing of the micro-patterned poly(styrene-block-methyl methacrylate) films resulted in phase-separation into self-assembled nanoscale domains with sizes, periodicities, and morphologies defined by the molecular weight and volume fraction of the copolymer. In addition, we focused on the directed self-assembly of BCP films that were patterned via MF molds using lithographically defined templates. At the same time, highly selective immobilization and assembly of metallic nanoparticles were demonstrated on the patterns fabricated by MF molding of end-functional polymers. In conclusion, this thesis demonstrated localized delivery of BCPs with different molecular weights and monomer fractions over large surface areas in short times and thus provided independent control over the size, periodicity and morphology of the self-assembled nanostructures. The key advantages of the developed approach are simplicity, versatility and low-cost due to the repeated use of the molds. Demonstrated capabilities in the control of the orientation of BCP domains and fabrication of nanoparticle arrays using the patterns of end-functional polymers prepared by the MF molds show the broad scientific and technological impact potential of the thesis.
Benzer Tezler
- Termoplastik polimerler için antistatik katkılar geliştirilmesi ve uygulamaları
Development of antistatic additives for thermoplastic polymers and its applications
HÜSNÜ KEMAL GÜRAKIN
Doktora
Türkçe
2020
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
- Blok uzunluğu kontrol edilebilir blok kopolimerlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of block size controllable block copolymers
BETÜL ERTEKİN
- Multilayers of block copolymer micelles with cores exhibiting upper critical solution temperature
Çekirdek bölgeleri üst kritik çözelti sıcaklığı gösteren blok kopolimer miseller içeren çok-katmanlı filmler
CANSU ÜSTOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. İREM EREL GÖKTEPE
- Preparation and characterization of stimuli-responsive layer-by-layer films for food technology applications
Gıda teknolojisi uygulamaları için ortam koşullarına duyarlı katman katman ince filmlerin hazırlanması ve tanımlanması
AYŞE GÜREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyokimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İREM EREL GÖKTEPE
PROF. DR. YEŞİM SOYER KÜÇÜKŞENEL
- Poli(laktik asit) karışımlarının hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of poly(lactic acid) blends
İBRAHİM EKİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE AYLİN KARAHAN TOPRAKÇI