有機薄膜のモルフォロジーと薄膜作製時に発生する膜内対流構造との相関

有机薄膜的形貌与薄膜制造过程中发生的膜内对流结构之间的相关性

基本信息

批准号：
06650849
负责人：
塚田隆夫
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06650849/
关键词：
有機薄膜回転塗布法マランゴニ効果対流

项目摘要

キャスト法あるいは回転塗布法といったウエットプロセスによる有機(高分子)薄膜作製法では、揮発性の溶媒に溶かした薄膜材料を、基板に塗布し、溶媒を自然にあるいは回転乾燥することにより薄膜化を行う。これら乾燥プロセスの際には、液膜内に急峻な温度勾配あるいは濃度勾配が発生し、条件によっては、マラカゴニ効果に基ずく不安定性により対流が発生する可能性があり、有機薄膜形成過程が非常に速い場合、膜内に発生したこの対流の空間構造が凍結され、薄膜のモルフォロジーに影響を与える可能性がある。本研究では、有機薄膜作製時におけるマランゴニ不安定に基づく対流の発生の可能性を探究すべく、高分子溶液の表面張力測定、線形安定性理論による検討を行うと共に、実際に回転塗布法による有機薄膜の作製を試みた。高分子溶液の表面張力を測定するに当たり、滴重法に基づく測定装置を自作した。なお、装置は温度制御(25℃)に加え、高分子溶液が揮発性であることから、周囲雰囲気が飽和蒸気圧に維持さけるよう制御した。対象とした高分子溶液は、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)のモノクロロベンゼン溶液である。測定の結果、PMMA濃度(C=0〜10wt%)の増加に伴い、表面張力(σ)は減少する(dσ/dC<0)傾向を示した。この関係を線形安定性理論に適用すると、本系はマランゴニ的には安定な糸となる。従って、PMMA-モノクロロベンゼン系においては、マランゴニ不安定に基づく対流の発生の可能性が無いことが分かった。これを確認するために、現在回転塗布法により実際に薄膜作製を試みている。しかし、回転塗布法による有機薄膜の作製時に、基板の回転数が小さい場合、凹凸の表面を有する薄膜が形成されると報告があり、上記機構以外の膜内対流によることも考えられ、様々な系に関して今後実験及び理論の両側面から更に検討を行う必要があると考えている。

在使用湿法的有机（聚合物）薄膜生产方法中，将溶解在挥发性溶剂中的薄膜材料施加到基板上，并且溶剂自然或旋转干燥以形成薄膜。在这些干燥过程中，液态膜内发生陡峭的温度或浓度梯度，并且可能是由于基于maracagoni效应的不稳定性而发生的，并且如果有机薄膜形成过程非常快，则在膜中产生的对流的空间结构可能会被冻结，这可能会影响薄膜的形态。在这项研究中，为了探索基于有机薄膜生产过程中的Marangoni不稳定发生的对流的可能性，我们使用聚合物溶液和线性稳定性理论的表面张力测量进行了一项研究，并实际上尝试使用一种自旋涂层方法来制造有机薄膜。在测量聚合物溶液的表面张力时，通过自制方法制作了基于下降权重方法的测量装置。除了温度控制（25°C）外，还控制了该设备，以防止环境气氛保持在饱和蒸气压的情况下，因为聚合物溶液是挥发性的。靶标的聚合物溶液是PMMA的单氯苯溶液（甲基丙烯酸甲酯）。由于测量值，随着PMMA浓度的增加（C = 0-10 wt％），表面张力（σ）倾向于降低（Dσ/DC <0）。将这种关系应用于线性稳定性理论，该系统成为Marangoni中的稳定线程。因此，发现由于PMMA单氯苯系统中的Marangoni不稳定，不可能发生对流。为了确认这一点，我们目前正在尝试通过自旋涂层实际制造薄膜。但是，当使用旋转涂层方法制备有机薄膜时，据报道，当底物的旋转速度很小时，会形成具有不均匀表面的薄膜，并且在上述机制以外，内部膜的对流也可能是在实验和理论方面都需要进一步研究的，并且可以认为，在未来的实验和理论方面都需要进一步研究。