用GATR-FTIR检测硅晶片上聚合物刷的形成

聚合物刷系统由有序的聚合物链组装而成，这些聚合物链末端吸附或接枝到界面和表面的一个或多个系留点上。

过去几年已经增加兴趣的形成这些表面固定化薄膜由于其重要的用在广泛的应用程序中,如控制基因/药物输送,thermo-responsive粘合剂、nanopatterning,裁剪的表面属性,微电子学和生物医学设备。

为了从平坦的二氧化硅表面形成聚合物刷，必须在表面发生多个反应，以有效地功能化具有活性位点的二氧化硅层，并从这些活性位点产生聚合反应。

相比于其他FTIR方法，掠角衰减全反射（GATR）-Fourier变换红外（FTIR）光谱法是特别有益的，因为它能使从二氧化硅晶片基底光谱的直接收集而不引起对表面官能或要求的任何损坏一个合适的基底诸如硅ATR晶体（图1）。

本文分析了利用GATR-FTIR来区分聚合物刷和薄膜对硅片的表面改性。为了提高灵敏度，这项技术需要ATR晶体和样品之间的光学接触。

图1所示。GATR Ge-ATR配件

实验

所有底物首先在一个30:70体积/体积的过氧化氢清洁和以从Czochraclaki生长<111>的Si晶片除去任何表面污染物浓硫酸溶液。在此之后，一个11碳叔溴异丁引发剂然后沉积在无水甲苯溶液到清洁的Si晶片作为图2a所示。

图2。在平面硅片上形成二嵌段共聚物刷的反应顺序。

用二氯甲烷、甲醇和甲苯依次清洗晶片。gtr - FTIR光谱分辨率为8 cm^-1，有256个样本扫描和64个背景扫描。

先前沉积的溴引发剂样品经过修饰的原子转移加成(ATA)反应，以将溴端转变为二硫酯端基(图2b)。收集光谱并清洗晶片。

最后，聚（苯乙烯）（PSTY）和PSTY-bpoly（甲基丙烯酸酯）PMA的均聚物和二嵌段共聚物的刷子是从二硫代酯部分（图2c和2d，分别地）开发的。清洁样品后，GATR-FTIR光谱采集。

结果和讨论

图3a示出了GATR-FTIR光谱中的固定化的bromoinitiator，在约2930和2850厘米显示峰^-1，其被分别分配给CH拉伸和CH₂在约1740厘米伸缩振动，以及峰^-1，分配给酯基的羰基伸缩振动。

图3。表面固定化(a) 11-C三级引发剂和(b)二硫酯表面结构的GATR-FTIR研究。

在溴硅烷引发剂沉积和表征之后，进行定制化ATA反应，将末端溴转化为二硫酯端基(图2b)。样品与含二硫酯化合物反应后的GATR-FTIR光谱(图3b)突出了与固定溴硅烷引发剂光谱的一些可觉察的变化。

这归因于芳族C-C拉伸和C-H延伸的相对较弱的强度，特别是当每个固定分子仅存在单个芳环时，以及C = S拉伸振动在手指打印区域中发生的事实。由于晶格带和天然二氧化硅的强烈吸光度，该光谱区域受到硅晶片的GATR-FTIR的巨大变化。

合成了PSty均聚物刷，以确定固定化二硫酯表面对表面引发聚合的效率(图2c)。PSty均聚物刷的GATR-FTIR光谱(图4)确定了PSty的存在，因为预计在1420 - 1480 cm处会出现芳香C=C芳香二重体^-1C-H延伸约3100厘米^-1．

使用PSTY的均聚物刷（图2D）开发PSTY-B-PMA二嵌段共聚物刷子。GATR-FTIR光谱验证了在Psty-B-PMA二嵌段共聚物刷的开发中包含MA，因为羰基伸展在1720cm处的外观^-1CH2伸长到2920厘米左右^-1．

图4。Psty均聚物刷的GATR-FTIR。

图5。PSty-b-PMA二嵌段共聚物刷的GATR-FTIR研究。

连同GATR-FTIR光谱学，每一个Si晶片系统的特征在于通过X射线光电子能谱法，测角，和椭圆偏振。因为需要的力一定量的建立处理的晶片和ATR晶体之间的良好接触，使用椭偏仪，以测量厚度，前后GATR-FTIR收集之后。

由于这些样品具有明显的厚度变化，因此每个改变步骤的样品晶片主要持续收集光谱，而不是测量厚度。

结论

所述GATR葛-FTIR附件已被证明是在膜的光谱说明一种有用的工具，其特征是延伸在1300显 - 3300厘米^{- 1}光谱范围。相反地​​，存在于指纹区其它峰是由Si晶片的本征氧化硅伸展掩蔽。

可以通过使用floatzone硅晶圆来防止这个问题。所述GATRFTIR技术是非破坏性的，但是所需的高接触力的确会影响这些聚合物刷结构的厚度。

这些信息来源于Harrick Scientific Products, Inc.提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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