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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-27729
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/2772/


Kopyshev, Alexey M.

Motion of nano-particles by/on polymer brushes

Polymer Bürsten als Medium für Bewegung von Nano-Objekten

Dokument1.pdf (4.664 KB) (Alexey Kopyshev Dissertation) (md5sum: afc9816822a597e384b1f888bd19d897)

Kurzfassung in Englisch

In the growing field of nanotechnology there is a strong demand on new and efficient methods for precise manipulation and transporting of nano-objects on surfaces. Up to now, the main effort is put into two different strategies: manipulation by AFM/STM and nano-engines based on natural motors protein. In both cases the substrate is playing a passive role. Here, we report on a phenomenon observed with a certain type of thin polymer films, suggesting that the substrate by itself can induce motion of adsorbed objects. Thin films made of so-called polymer brushes show unique properties that allow to change their topography between different morphologies. Along with topography changes, in general also changes of the surface forces on a nano-scale occur, inducing motion of nano-objects of appropriate size, adsorbed on top. The particular polymer systems we report on are mixed polymer brushes built from polymer chains of two types covalently attached with one end to a solid substrate at high grafting density. The brushes are known to show nano-phase separation with an variety of possible morphologies depending on molecular parameters and external conditions. We have found that only certain types of these brushes possessing a low so called memory measure parameter (the degree of recovery of a preceding pattern after topography switching) can effectively induce motion of nano-objects. We discuss the perspectives of this phenomenon for manipulating whole ensembles of nano-particles.


Kurzfassung in Deutsch

In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Bewegung von Nanoobjekten auf Oberflächen vorgestellt. Die Nanotechnologie stellt einen schnell wachsenden Forschungsbereich dar, innerhalb dessen Methoden zur Bewegung und zum Transport von Nanoobjekten zunehmend an Bedeutung gewinnen. Bisher wurden dazu vor allem zwei Strategien verfolgt: einmal die Manipulation von Nanoobjekten mittels AFM/STM und zum anderen die Anwendung von auf Motorproteinen basierenden "Nanomaschinen". In beiden Fällen jedoch spielt das Substrat nur eine untergeordnete, passive Rolle. In dieser Arbeit wird ein Phänomen vorgestellt, das bei bestimmten Typen dünner Polymerfilme auftritt. Es motiviert dabei einen neuartigen Zugang zum Nanotransport, bei dem das Substrat selbst zur Bewegung auf ihm adsorbierter Objekte verwendet wird.
Die Idee besteht darin, eine periodisch schaltbare Topografie der Polymeroberfläche als Antrieb zu verwenden. Die untersuchten Polymersysteme bestehen aus an der Oberfläche gebundenen Polymerketten ("Polymerbürsten") in zwei verschiedenen Modifikationen: (i) Diblock-Copolymer-Ketten, die mit einem Ende dicht an einem festen Substrat angepfropft sind und (ii) einfachen Ketten aus jeweils einem Homopolymer A oder B, die eine sogenannte gemischte Bürste bilden. Es ist bekannt, dass solche Bürsten unter bestimmten Voraussetzungen Nanophasenseparation zeigen und definierte Oberflächenmuster bilden. Größe, Form und Zusammensetzung dieser Muster hängen von einer Vielzahl Parameter ab. So sind u.a. das Molekulargewicht des Polymers, die Anpfropfdichte, der Volumenanteil eines Einzelblocks, der Flory-Huggins-Parameter des Polymers, die Oberflächenenergie, die Grenzflächenenergie und die Umgebungsparameter für die Musterbildung ausschlaggebend. Abhängig von der Qualität des Lösungsmittels, dem die Bürste ausgesetzt wird, kann die Topografie der Bürste viele Male reversibel zwischen strukturierten und musterlosen Zuständen hin-und hergeschaltet werden. Mit dem Topografiewechesel gehen auch Änderungen der Oberflächenkräfte auf der Nanometerskala einher, die an der Oberfläche adsorbierte Nanoobjekte vergleichbarer Größe bewegen können.


SWD-Schlagwörter: Nanotechnologie
Freie Schlagwörter (deutsch): Bewegung adsorbierter Nano-Objekte , Polymer Bürsten
Freie Schlagwörter (englisch): Polymer brushes , nanotechnology
Institut: Institut für Mikrosystemtechnik
Fakultät: Technische Fakultät (bisher: Fak. f. Angew. Wiss.)
DDC-Sachgruppe: Technik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Rühe, Jürgen (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 27.11.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 13.12.2006
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