Polimer yüzeylerinin fonksiyonelleştirilmesi için odaklanmış iyon demeti ile nanoyapılandırma uygulamaları

Year 2017, Volume: 23 Issue: 7, 893 - 898, 27.12.2017

Feray Bakan Meltem Sezen

Abstract

Polimer
malzemelerin yapısal özelliklerinin her geçen gün daha da fazla
geliştirilmesine bağlı olarak bu malzemelerin günlük hayatımızdaki kullanım
alanı hızla yaygınlaşmaktadır. Diğer bir taraftan, nanoteknoloji
uygulamalarının bir sonucu olarak, yeni geliştirilen malzemelerin ve yapıların
boyutundaki atomik ölçeklere kadar inebilen küçülme, elektron mikroskopisi
uygulamalarını bu bilimin ayrılmaz bir parçası haline getirmiştir. Elektron
mikroskopisi destekli kontrollü yüzey modifikasyon işlemleri ile malzemenin
yüzey özelliklerinin istenilen doğrultuda ayarlanabilmesi, bu malzemelerin
belirli bir amaç için kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Bu çalışmada temel
olarak, kontrollü elektron ve iyon radyasyonunun farklı polimer malzemelerin
yüzey özelliklerinin modifiye edilmesi, optimizasyonu ve karakterizasyonunda
kullanılması hedeflenmiştir. Özellikle, yüzey modifikasyonu işlemleri, gaz
enjeksiyon sistemleri (GIS) eklentili FIB-SEM çift demet platformlarında
gaz-yardımlı aşındırma yöntemleri uygulanarak yürütülmüştür. Çalışmanın büyük
bir bölümü, polimer yüzeylerinin, XeF₂ gazı yardımıyla aşındırılması
sonucunda, minimum yüzey morfolojisi ve yüksek yüzey açısı elde edilmesine
odaklanmıştır. Çalışmada, FIB-SEM çift
demet platformlarında gerçekleştirilen yüzey modifikasyonu işlemlerinin,
malzemelerinin yüzey özelliklerindeki yaptıkları değişimler, diğer ileri analiz
teknikleri kullanılarak gözlenmiştir.

Keywords

FIB, Odaklanmış elektronlar ve iyonlar ile depolama, Fonksiyonel polimer yüzeyler, Yüzey karakterizasyonu, Nanoyapılandırma, Maskesiz litografi

Nanostructuring applications for functionalization of polymer surfaces with focused ion beam

Abstract

Today’s
studies cover the use of polymers in a broad range of applications owing to
rapid development towards their optimized structural properties. On the other
hand, the shrinkage in the dimensions of the novel materials, structures and
systems down to atomic scale as an output of nanotechnology has assigned
Electron Microscopy as the inseparable part of this field. Controllable surface
modification allows tuning of surface properties in intended directions and
thus provides the use of the ultimate materials and their systems towards
desired and pre-defined concepts. This study mainly focused on investigation, optimization
and modification of surface properties of various polymers via the use of
electron and ion beam irradiation in a controlled way. In particular, surface
modification processes were carried out through gas-assisted etching (GAE) in a
FIB-SEM dual-beam instrument equipped with gas injections systems (GIS). The
main study concerns XeF₂ assisted etching of polymer surfaces to
obtain minimum surface morphology with high surface angles. The alterations in
the surface properties provided by surface modification processes performed in
FIB-SEM dual-beam platforms were examined using other advanced analysis techniques.

Keywords

FIB, Focused electron/ion beam induced deposition, Functional polymer surfaces, Surface characterization, Nanostructuring, Maskless lithogarphy

References

• Giannuzi LA, Stevie FA. Introduction to Focused ion Beams: Instrumentation, Theory, Techniques and Practice. 1st ed. New York, USA, Springer, 2004.
• Orloff J, Utlaut M, Swanson L. High Resolution Focused İon Beams. 1st ed. New York, USA, Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2002.
• Mayer J, Giannuzzi LA, Kamino T, Michael J. “TEM sample preparation and FIB-induced damage”. MRS Bulletin, 32, 400-407, 2007.
• Volkert CA, Minor AM. “Focused Ion Beam microscopy and micromachining”. MRS Bulletin, 32, 389-399, 2007.
• Sezen M. Nanostructuring and Modification of Conjugated Polymer Based Optoelectronic Device Structures by Focused ion Beam. PhD Thesis, TU Graz, Institute for Electron Micrsocopy, Graz, Austria, 2009.
• Zheng C. Micro-Nanofabrication: Technologies and Applications. 1st ed. Beijing, China, Higher Education Press, 2005.
• Sezen M. Modern Electron Microscopy in Physical and Life Sciences; Focused Ion Beams (FIB): Novel Methodologies and Recent Applications for Multidisciplinary Sciences. 1st ed. Rijeka, Croatia, InTech, 2016.
• Grubb DT. “Radiation damage and electron microscopy of organic polymers”. Journal of Materials Science, 9(10), 1715-1736, 1974.
• Knystautas EJ. Engineering Thin Films and Nanostructures With ion Beams. 1st ed. FL, USA, CRC, 2005.
• Svorcik V, Proskova K, Hnatowicz V, Rybka V. “Iodine penetration and doping of ion-modified polyethylen”. Nuclear Instruments and Methods in Physysics Research Section B, 149 (3), 312-318, 1999.
• Chan CM, Koand TM, Hiraoka H. “Polymer surface modification by plasmas and photons”. Surface Science Reports, 24(1-2), 1-54, 1996.
• Zhu Q, Han CC. “Synthesis and crystallization behaviors of highly fluorinated aromatic polymers”. Polymer, 48, 3624-3631, 2007.
• Huzzayin A, Boggs S, Ramprasad R. “Computational quantum mechanics-based study of conduction in iodine doped polyethylene”. Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, Virginia Beach, VA, USA, 18-21 Ocober 2009.
• Sezen M, Bakan F. “Development of functional surfaces on high-density polyethylene (HDPE) via gas-assisted etching (GAE) using Focused ion beams”. Microsc. Microanal, 21 (6), 1379–1386, 2015.
• Faber E, Vellinga W P, De Hosson J. “FIB-Etching of polymer/metal laminates and its effect on mechanical performance”. Microscopy and Microanalysis, 20 (6), 1826–1834, 2014.
• Kruse K, Burrell D, Middlebrook C. “Three-dimensional patterning in polymer optical waveguides using focused ion beam milling”. Journal of Micro/Nanolithography MEMS and MOEMS, 15(3), 034505, 2016.