Search

U ovom radu je istražen utjecaj molarne mase polielektrolita na formiranje i svojstva polielektrolitnog višesloja poli(alilamin-hidroklorida) i poli(akrilne kiseline). U te svrhe filmovi su pripravljeni s različitim kombinacijama molarnih masa polielektrolita sloj po sloj metodom na površini silicijeva supstrata pri različitim eksperimentalnim uvjetima kako bi se utjecalo na konformaciju polimernih lanaca. Elipsometrom je praćena debljina filma tijekom njegove priprave, a mikroskopom atomskih sila je određena morfologija, hrapavost i poroznost površine filma. Iz dobivenih podataka utvrđeno je da se povećanjem molarne mase polielektrolita povećava debljina filma ako je barem jedan polielektrolit u globularnoj konformaciji. Pokazano je da molarna masa polielektrolita nema značajni utjecaj na debljinu i hrapavost filma ako su oba polielektrolita u izduženoj konformaciji. Otkrivena su i dva nova načina priprave ultra-tankih filmova (d ≈ 2 nm) s poli(akrilnom kiselinom) male molarne mase. In this study the influence of the polyelectrolyte molar mass on the formation and properties of poly(allylamine hydrochloride)/poly(acrylic acid) polyelectrolyte multilayer was investigated. For these purposes, films were prepared on the silicon substrate using layer by layer method with different combinations of polyelectrolyte molar masses under different experimental conditions in order to influence the conformation of the polymer chains. The thickness of the film was monitored during its preparation with an ellipsometer and the morphology, roughness, and porosity of the film surface were determined with an atomic force microscope. From obtained data, it was established that by increasing the polyelectrolyte molar mass, the thickness of the film increases if at least one polyelectrolyte is in globular conformation. On the other hand, if both polyelectrolytes are in an elongated conformation, the polyelectrolyte molar mass has no significant influence on the thickness and roughness of the film. Also, two new ways of preparation of ultra-thin films (d ≈ 2 nm) were discovered by using poly(acrylic acid) of low molar mass.

U ovom radu je istražen utjecaj molarne mase polielektrolita na formiranje i svojstva polielektrolitnog višesloja poli(alilamin- hidroklorida) i poli(akrilne kiseline). U te svrhe filmovi su pripravljeni s različitim kombinacijama molarnih masa polielektrolita sloj po sloj metodom na površini silicijeva supstrata pri različitim eksperimentalnim uvjetima kako bi se utjecalo na konformaciju polimernih lanaca. Elipsometrom je praćena debljina filma tijekom njegove priprave, a mikroskopom atomskih sila je određena morfologija, hrapavost i poroznost površine filma. Iz dobivenih podataka utvrđeno je da se povećanjem molarne mase polielektrolita povećava debljina filma ako je barem jedan polielektrolit u globularnoj konformaciji. Pokazano je da molarna masa polielektrolita nema značajni utjecaj na debljinu i hrapavost filma ako su oba polielektrolita u izduženoj konformaciji. Otkrivena su i dva nova načina priprave ultra-tankih filmova (d ≈ 2 nm) s poli(akrilnom kiselinom) male molarne mase.

Naizmjeničnom adsorpcijom pozitivnih i negativnih polielektrolita (tzv. sloj-po-sloj metodom) na nekoj površini nastaju višeslojevi. Svojstva dobivenih filmova ovise o eksperimentalnim parametrima poput korištenih polielektrolita, vrste supstrata, ionske jakosti te vrste pozadinske soli. U ovom diplomskom radu je istraženo kako vrsta dvovalentnog kationa utječe na svojstva višesloja pripravljenog od poli(dialildimetilamonijeva klorida) i poli(natrijeva 4-stirensulfonata). Izabrani kationi su Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Ni2+, Zn2+ i Cu2+ . Elipsometrijom je praćen rast filmova do deset slojeva, a morfologija i površinska hrapavost određeni su mikroskopom atomskih sila. Tenziometrijom je praćena promjena močivosti površine prilikom adsorpcije svakog polielektrolitnog sloja. Dobiveni rezultati ukazuju da kod kationa zemnoalkalijskih metala postoji ion-specifični efekt koji nije uočen kod kationa prijelaznih metala. Tako su debljine, hrapavosti i močivosti filmova priređenih uz katione prijelaznih metala slične, dok se ova svojstva međusobno razlikuju za višeslojeve priređene uz katione zemnoalkalijskih metala. Polyelectrolyte multilayers are formed by alternating adsorption of polycations and polyanions on a surface (layer-by-layer method). The properties of the film depend on the experimental parameters such as used polyelectrolytes, type of substrate, ionic strength and type of the background salt. In this thesis it was investigated how the type of divalent cation affects the multilayer prepared from poly(diallyldimethylammonium chloride) and poly(sodium 4- styrenesulfonate). Selected cations are Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Ni2+, Zn2+ and Cu2+ . The growth of films up to ten layers was monitored by ellipsometry, while morphology and surface roughness were determined by atomic force microscopy. The change in surface wettability during adsorption was monitored by tensiometry. Ion-specific effect was observed for alkaline earth metal cations, while in the case of transition metal cations it was not. The thicknesses, roughness and wettability of films prepared with transition metal cations are similar, while these properties differ for multilayers prepared with cations of alkaline earth metals.

Polielektroliti su makromolekule, najčešće polimeri, kod kojih je prisutan znatan udio gradivnih jedinica koje sadrže ionske ili lako ionizirajuće funkcionalne skupine. Primjeri takvih makromolekula su PAH – poli(alilamin hidroklorid) i PAA – poli(akrilna kiselina) čije su kemijske strukture prikazane na slici 1. Naizmjeničnom adsorpcijom pozitivno i negativno nabijenih polielektrolita na neku čvrstu površinu nastaju polielektrolitni višeslojevi. Ovakvom sloj-po-sloj metodom [1] se mogu veoma precizno dizajnirati nanofilmovi željenih svojstva. Upravo se zbog tog razloga ovi nanomaterijali sve intenzivnije istražuju kako bi se mogli primijeniti primjerice kod antibakterijske zaštite implantanta [2]. Najčešće korišteni modelni supstrat za formiranje polielektrolitnih filmova je pločica silicija na čijoj površini spontano nastaje tanki oksidni sloj [3]. Stoga se u prvoj fazi ove studije provela karakterizacija podloge od silicija, kako bi se u drugoj fazi pratilo i istražilo formiranje PAH/PAA polielektrolitnog višesloja na navedenom supstratu. Od brojnih metoda koje su korištene, ovdje će biti izdvojene samo elipsometrija i mikroskopija atomskih sila. Primjenom elipsometra određeno je da se na površini silicija nalazi oko 2 nm debeli sloj oksida. Potom je istom metodom praćena debljina PAH/PAA višesloja tijekom njegovog formiranja. I na kraju, snimanjem površine čistog supstrata i supstrata prekrivenog filmom mikroskopom atomskih sila dobile su se informacije o morfologiji i hrapavosti površine uzoraka, o prekrivenosti površine supstrata polielektrolitnim višeslojem i o debljini samog ultratankog filma.