Способ травления образцов пленочных полимерных материалов

Способ травления образцов пленочных полимерных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы кзобретения

И.А.А.Багиров, В.А.Осколонов, Е,Я.Волченк и Р.Х.Абрамов

{71) Заявитель

Сектор радиационных исследований АН Аз (54) СПОСОБ ТРАВЖНИЯ ОБРАЗЦОВ Ш1ЕНОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к обработке пластических материалов и может бытт» использовано для выявления ультраструктуры полимеров.

В настоящее время при исследовании ультраструктуры полимерных материаS лов широко применяют электронную микроскопию (метод реплик). Однако воэможности этого метода ограничены тем, несколько полно поверхностный рельеф

10 отражает ультраструктуру (морфологию) полимера, т.е. возникает вопрос подготовки поверхности к репликации.

Обычно для этого применяют травлениеднфференцированное для различных

15 структурных элементов разрушение полимерного тела, например, кислотами, щелочами, растворителями, в результате которого появляется рельефная поверхность и повышается оптический контраст (13.

Недостатки указанного способатравление агрессивными средами требует длительной обработки и специального подбора травящнх реагентов, обработка поверхности растворителями из-эа набухания образцов дает слабо воспроизводимые результаты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ травления образцов пленочных полимерных материалов для исследования методом электронной микроскопии, включающий травление поверхности полимеров кислородной плазмой, создаваемой тлеющим разрядом.

Поток активных частиц плазмы на поверхность образца вызывает деструкцию макромолекул В процессе травления генератор электрического поля через

10-15 мин отключается на 5-10 мин, чтобы более полно удалить продукты деструкции. Необходимая рельефность достигается через 45-60 мин активного времени Е23.

Недостатком известного способа является то, что проведение травления кислородной плазмой в результате воз3 8 действия электронов и ионов может вызвать сильный разогрев вплоть до плавления полимерных объектов. Поэтому для каждого полимера должны быть подобраны свои условия плазменного травления (концентрация зарядов, давление в разрядном объеме, скорость откачки газа), чтобы поверхность его не перегревалась. Кроме того, часто поверхность объекта становится настолько активной, что после напыления реплику не удается отделить.

Цель изобретения - упрощение способа и исключение повреждения поверхности образца, Поставленная цель достигается тем, что в способе травления образцов пленочных полимерных матернаЛов для иаледования методом электронной микроскопии путем обработки их поверхности тлекпцим разрядом в среде кислорода, обработку ведут струей ней" трального атомарного кисло юда, sHтягиваемой из зонМ действия разряда.

Нейтральный активный атомарный кислород витяй4вается иа зонЫ плазмы через сопло н заряженные частицы рекомбииируют ía стенках сопла.

При обработке поверхности полимера атомарным кислородом происходит окислительная деструкция макромоле" кул, что приводит к зрознц полимерного материала. При этом конечные про" дукты реакции1 углекислый газ и пары воды легко удаляются в процессе откачки.

Скорость эрозии на каждом бтдельном участке поверхности образца зависит от его структуры, Если на различных участках структура различает,ся (например, наличием кристаллов, сферолитов и т.п.), то при обработке потоком атомарного кислорода скорости уменьиения толщин иа этих участках будут различны. Это приводит к образованию на границе участка ступенек с высотой

65=(Yg-Y )Ô, где V< и Ч„- скорость эрозии на двух участках.

Высота ступеньки увеличивается со временем экспозиции образца в потоке атомарного кислорода. При этом данные ИК-спектроскопии показывают, что при действии потока атомов кислорода в объеме образца не наблюдается заметных структурных изменений, 77394 4 т.е. его действие локализовано в тонком поверхностном слое. Скорость эрозии остается постоянной во все время обработки, что позволяет довести глубину в обрабатываемом объекте до требуемой величины.

Это дает воэможность добиться нредельно мягкой и контролируемой (с помощью варьирования, в основном, времени/ обработки, при которой удаление материала осуществляют. слой за слоем, причем толщина удаляемого слоя может быть сколь угодно мала (вплоть до монослоя) .

Таким образом, обработка полимера атомарным кислородом выявляет рельеф его поверхности, не приводя к искажениям, вызываемым электронно-ионной бомбардировкой. Температура образца при обработке потоком атомарного кисло20 рода практически не изменяется.

П р и и е р. В качестве объектов йсследования используют промыаленные полимерные пленки полиэтилена н поливииилхлорида средней толщиной бО.мкм.

Образцы 5 5 мм .закрепляют на рамке, помещают в рабочую камеру и подвергают обработке струей атомарного кислорода. Генератором атомарного кислорода служит трубка Вуда. Из

30 разрядной зоны трубки Вуда (из максимально удаленного от электродов участка7 частично диссоциированный на атомы кислород откачивают через суживающееся сопло с внутренним диа55 метром 0,8 мм в рабочую камеру. 06разец располагают на расстоянии 5 мм от сопла таким образом, чтобы струя атомарного кислорода падала перпендикулярно его поверхности.. Расход

40 кислорода составляет 10 л/ч, давление в камере 0,8 мм рт.ст., плотность потока атомов кислорода 10 атом/ В

/см с. Время обработки 30 мии.

При сравнении структуры пленок, 45 ИСХОДНОЙ И Обработанной атомарным кислородом и кислородной плазмой тлеющего разряда, видно, что атомарный кислород производит более мягкое травление-.поверхностного

50 слоя: рельеф обработанной атомарным кислородом пленки полимера повторяет исходный и оттеняет структурные элементы поверхности. В случае действия плазмы наряду с проявлением рельефа происходит локальное разрушение поверхности, наблюдаемое в виде многочисленных ямочек и миквократеров.

Составитель В.Балгин

Техред Л.Пекарь- Корректор M,Êîñòà

Редактор E.Äè÷èíñêàÿ

Заказ 11460 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал Ш1П "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4

5 87

Мягкость травления атомарным ки- ".. слородом следует из основных химических особенностей взаимодействия

его с органическим веществом, практически нулевой глубиной проникновения атомов кислорода в материал, газообразным характером конечных продуктов {CO, СОя и H 0) разложения полимера н отсутствием окисления в объеме.

Использование предлагаемого спо.соба травления полимеров атомар" ным кислородом обеспечивает по сравнению с плазменным травлением отсутствие поврежнения .образца злек" тронно-ионной компоонентной плаэмй и отсутствие нагрева, могущего при вести к оплавленню поверхности полимера и искажению рельефа. Кроме того, направленность струи атомарного кислорода позволяет проводить обработку любого заранее избранного участка образца.

7394 6

Предлагаемый способ по сравнению с плазменным травлением технОлогически проще.

Формула изобретения

$ Способ травления образцов пленоч ных полимерных материалов для иссле,дования методом электронной микроско,пии путем обработки их поверхности тлеющим разрядом в среде кислорода, 1е .о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью упрощения способа и иоключе. ния повреждения поверхности образца, обработку ведут струей нейтрального атомарного кислорода, вытягиваемой иэ зоны действия разряда.

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1. Физический энциклопедический. ,словарь, т. 5, И., изд-во Советская энциклопедия, 1966, ci 194.

2. Лебедев Е.В. и др. Новые методы

:исследования полимеров. Киев,"Наукова думка", 1975, с. 3 (нрототип) °