Способ травления образцов пленочных полимерных материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N1/32 C08J7/18 

(54) СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ПЛЕНОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕР1ШЮВ

Изобретение относится к обработке пластических материалов и может быТ1| использовано для выявления ультраструктуры полимеров. В настоящее время при исследовании ультраструктуры полимерных материалов широко применяют электронную микроскопию (метод реплик). Однако возможности этого метода ограничены тем, несколько полно поверхностный рельеф отражает ультраструктуру (морфологию полимера, т.е. возникает вопрос подготовки поверхности к репликации. Обычно для зтого применя1ат травлениедифференцированное для различных структурных злементов разрушение поли мерного тела, например, кислотами, щелочами, растворителями,в результате которого появляется рельефная поверхиость и повышается оптический контраст П. Недостатки указанного способа травление агрессивными средами требует длительной обработки и специал ного подбора травящих реагентов, обработка поверхности растворителями из-за набухания образцов дает слабо воспроизводимые результаты. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ травления образцов пленочных полимерных материалов для исследования методом злектронной микроскопии, включакяций травление поверхности полимеров кислородной плазмой, создаваемой тлекмцим 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 2. Недостатком известного способа является то, что проведение травления кислородной плазмой в результате воздействия 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 поверх ность его не перегревалась. Кроме того, часто поверхность объекта становится настолько активной, что после напьшения реплику не удается отделить. Цель изобретения - упрощение способа и исключение поврея ения поверх ности образца. Поставленная цель достигается тем что в способе травяення образцов пле ночных полимер1ШХ материалов для йследования методом электронной микроскопии путем бработки их поверхности тлекяцим разрядом в средё кислорода, обработку вбдут струей нейтрального атомарного кислорода, вытягиваемой нз зоны действия , Нейтрапьш актиеш атомарный ки слород вытяйшаегся из зош плазмы через comio и ззряженщ в части рекомбинируют на стенках сопла« При обработке певерхйости полимера атомарнымкислородом «ройсходит окислительная деструкция какромолекул, что приводит к эрозии полинарно го материала. При этом конечные продукты реакции углекислмй газ и пары воды легко удаляются в процессе откачки. Скорость эрозии на каяэдом отдельном 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 уменьшения толщин на этих участках будут различны. Это приводит к образованию на границе участка сту пенек с высотой (, где V 0 и скорость эрозии на дву участках. Высота ступеньки увеличивается со временем экспозиции образца в потоке атомарного кислорода. При этом данные ИК-спектроскопии показывают, что при действии потока атомов кисло рода в объеме образца не наблюдается заметных структурных изменений. 44 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 возможность добиться предельно 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, вызьшаемьм электронно-конной , бомбардировкой. Температура образца при обработке потоком атомарного кислорода практически не изменяется. П р и м е р. В качестве объектов йссЗгедования используют промышленные йолимерные пленки полиэтилена и поливинилхлорида средней толщиной 60 мкм. I - - Образцы мм закрепляют на рамке, помещают в рабочую камеру и подвергают обработке струей атомарного кислорода. Генератором атомарного кислорода служит трубка Вуда. Из разрядной зоны трубки Вуда (из максимально удаленного от электродов участка частично диссоцш рованный На атомы кислород откачивают через суживающееся сопло с внутренним диаметром 0,8 мм в рабочую камеру. Образец располагают на расстоянии 5 мм от сопла таким образом, чтобы струя атомарного кислорода падала перпендикулярно его поверхности. Расход кислорода составляет 10 л/ч, давление в камере 0,8 мм рт.ст., плотность потока атомов кислорода 0 атом/ /см С, Время обработки 30 мин, При сравнении структуры пленок, исходной и обработанной атомарным кислородом и кислородной плазмой тлеющего разряда, видно, что атомарный кислород производит более мягкое травление:.-ловерхностндго 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 микрократеров .

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 (со, HjO) разложения полимера и отсутствием окисления в объеме.

Испольэова ше предлагаемого способа травлейия полимеров атомарным кислородом обеспечивает по сравиению с ппазменяым травлением отсутствие поврея цения образца электронно-ионной компонентной апаэглл и отсутствие нагрб а, могущего при вести к оллзвлен йю поверхности полимера и искаженна рельефа. Креоле того направленность струй атомарного кислорода позволяет проводить обработку лобого заранее избранного участка образца.

773946

Предлагаемый способ по сравнению с плазменным травлением текнОлогичес ки проще.

Формула изобретения

S Способ травления образцов пленочных полимерных материалов для иссле,дования методом электронной микроско1ПИИ путем обработки их поверхности |тлегацим разрядом в среде кислорода,

10;0тличающийся тем, что, с целью упрощения способа и исключе;ния повреядчения поверхности образца, обработку ведут струей нейтрально1Ч) атомарного кисло1 ода, вытягйвае к Й

f5 из зоны действия раэрада

Источники И11форма:щш принятые во внимание при экспертизе 1. Физический эй Дикяопвдйчгес1сий ,словарь, т. 5, М,, йэд-во Советс ай

2Q энциклопедия, 1966 с 194.

2. Лебедев . и др. Новые методы :исследования полимеров. Кмев Наукова думка 1975, с. 3 (прототип).