Speaker
Description
Ионно-плазменная обработка полимеров является перспективным направлением в создании нанокомпозитных материалов. Такая обработка позволяет создавать на поверхности полимеров специфический слой с особыми физико-механическими свойствами. Получение таких слоев интересно с практической точки зрения. Во-первых, высокое содержание углерода говорит о возможности получения электропроводящих слоев. Во-вторых, слой имеет достаточно высокую жесткость, в сравнении с исходным материалом. В-третьих, слой имеет уникальные биофизические свойства, что коренным образом меняет поведение посаженных на обработанный материал биологических объектов (клетки, молекулы протеина, бактерии).
Образовавшийся слой принимает волнистую форму. Амплитуда и ширина волн зависят от энергии обработки, накопленной дозы ионов и, судя по всему, от жесткости исходного материала. От полученного рельефа зависит трещиностойкость слоя и шероховатость поверхности. Оба фактора имеют значение при взаимодействии с биологическими объектами. В связи с этим возникает фундаментальная задача: объяснить причины образования волнообразного рельефа и научиться контролировать этот процесс для получения подходящих физико-механических свойств полученного материала.
В работе рассматривается гипотеза происхождения волнообразного рельефа на поверхности полиуретана, обработанного плазмой. Выдвинуто предположение, что напряжения и деформации возникают из-за накопленного в приповерхностном слое одноименного заряда. Так как ионы, которыми обрабатывается поверхность, имеют одноименный заряд, можно предположить, что при определенной накопленной дозе, плотность заряда примет критическое значение, при котором силы электростатического отталкивания будут способны вызвать значительные напряжения и деформации материала в приповерхностном слое и произойдет потеря устойчивости.
Предложена методика расчета напряжений при условии равномерного распределения заряда. Проведен расчет, показывающий зависимость величины напряжений от энергии и накопленной дозы. Показано, что потеря устойчивости и, как следствие, возникновение волн на поверхности материала, характерно для низкомодульных полимеров. Проведено сравнение результатов расчета с реальными снимками поверхностей образцов после обработки, полученных с помощью оптического и атомно-силового микроскопов. Сделаны выводы о состоятельности выдвинутой гипотезы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 18-19-00574).
