Nemzetközi kapcsolatok

 

University College London

/Prof. Ian W. Boyd/

 

 

 

1.   POLIMEREK BESUGÁRZÁSA 172 NM-ES ULTRAIBOLYA FOTONOKKAL

         Az ultraibolya (UV) fotonok igen hatékonyan képesek szabad gyökök keltésére, mely a megvilágított anyagok fotodegradációjához, molekulaszerkezetük és optikai tulajdonságaik megváltozásáshoz vezet. Jóllehet közvetett módon sok anyagot védeni tudunk az UV sugárzás roncsoló hatásától, komoly igény van olyan anyagokra, melyek mechanikai, termikus, stb. tulajdonságai – az anyag szerkezetéből adódóan – már eredendően jó UV-védettséggel párosulnak. Az ilyen anyagok kifejlesztéséhez az út ígéretes modellanyagok viselkedésének megértésén, a fotobomlási folyamatok tanulmányozásán keresztül vezet.

A méréssorozatunkban használt Xe2* excimer lámpa a rádiófrekvenciás, nagy feszültségű gerjesztés hatására kvázifolytonos, inkoherens, néhány nanométer sávszélességű sugárzást bocsát ki, melynek központi hullámhossza 172 nm. A 20 és 50 µm vastag PC és a 60 µm–es PEN fóliákat 0.5 perctől 20 percig terjedő időtartamokig sugároztuk be 40 mW cm-2 energiasűrűségű vákuum ultraibolya (VUV) fotonokkal. Az ábra egy 10 percig besugárzott PC minta ATR-IR spektrumát mutatja egy kezeletlen polimer referenciához viszonyítva. A negatív abszorbanciájú csúcsok a hozzájuk rendelhető kötések felbomlásáról árulkodnak. Jól látható, hogy a VUV besugárzás a PC fólia felszíni rétegében olyan kémiai változásokat idéz elő, melyek mind az aromás gyűrűk (1497 cm-1 és 1506 cm-1 aromás C-C szerkezeti rezgés), mind pedig az észter kötés (1771 cm‑1 C=O nyújtási rezgés) roncsolását eredményezik.

2.   PTFE fólia adhéziójának megnövelése Xe2* excimer lámpa alkalmazásával

A Teflon legközismertebb tulajdonsága az adhéziós viselkedése. Mivel igen alacsony felületi energiával rendelkezik, ezért nem nedvesíthető szinte semmilyen folyadékkal (kivéve néhány perfluorozott hidrokarbont) és önmagában nem is ragasztható. Mindez azt jelenti, hogy a PTFE hidrofób és oleofób is egyszerre. Ez azonban nem mindig kedvező tulajdonság, mivel gyakran van szükség valamely Teflonból készült tárgynak egy másikhoz való rögzítésére. Ekkor azonban a gyenge adhézió megakadályozza, hogy ezt a kötést ragasztással oldjuk meg. Kidolgoztunk azonban egy olyan eljárást, mely lehetővé teszi a Teflon minta felületi kémiájának, s ezen keresztül adhéziós tulajdonságának kontrollált módosítását. Ennek során a mintákat egy Xe2* excimer lámpával világítottuk meg vákuumkamrában 0.5-30 perces besugárzási időkkel. Ennek eredményeképpen jelentős mértékű adhézióváltozást értünk el. Elvégeztünk egy olyan kvantitatív vizsgálatot, melynek segítségével meg tudtuk határozni a kezelt Teflon réteg és egy adott ragasztó közötti kapcsolat szakítószilárdságát. Ennek során a vizsgálandó mintákat két plexi henger közé ragasztottuk UVRapid 20 típusú kétkomponensű epoxi ragasztóval. Öt nap kötési idő után az egyes hengerpárokat fokozatosan növekvő erővel húzni kezdtük ellentétes irányba, s megmértük, mekkora erő hatására tudjuk elszakítani a ragasztót a Teflon fóliától. Ezt az erőt elosztva a ragasztási felülettel, megkaptuk a szakítószilárdságot. Azt tapasztaltuk, hogy ennek értéke már a kétperces besugárzás esetén is meghaladhatja a 10 MPa-t!

 

  1. B. Hopp, Zs. Geretovszky, I. Bertóti and I. W. Boyd: Comparative tensile strength study of the adhesion improvement of PTFE by UV photon assisted surface processing, Appl. Surf. Sci. 7387, 2001
  2. Zs. Geretovszky, B. Hopp, I. Bertóti and I.W. Boyd: “Photodegradation of polycarbonate under narrow band irradiation at 172 nm”, Appl. Surf. Sci. 7387, 2001

 

Foundation for Research and Technology Hellas

/Prof. Costas Fotakis/

 

 

FEMTOSZEKUNDUMOS EXCIMER LÉZERREL BESUGÁRZOTT POLIMEREK FELÜLETI REFLEXIÓ VÁLTOZÁSÁNAK IDŐBELI VIZSGÁLATA

 

Egy 500 fs impulzushosszúságú, elosztott visszacsatolású festéklézer alapú 248.5 nm hullámhosszú lézerrendszer UV impulzusát ráfókuszáltuk a polimer mintára egy hengerlencsével. Az excimer impulzushoz képest egy térbelileg késleltetett 496 nm hullámhosszú, 500 fs-os festéklézert használtunk a felületi reflexióképesség változásának vizsgálatára. Ez a próbanyaláb a minta felületéhez képest 45o-os szögben megdöntve világította meg az ablált felületet. Az arról visszaverődött nyalábot egy mikroszkóp objektívvel képeztük le egy dióda sorra. A minta kezeletlen részéről reflektálódott fényt egy réssel vágtuk ki.

 

 

Ezzel az elrendezéssel elértük, hogy a minta egyetlen UV impulzus hatására bekövetkező tranziens reflexióváltozását egyetlen próbaimpulzus reflektált intenzitásának mérésével detektálni lehessen. Ugyanis a besugárzott felületre megdöntve beeső festéklézer impulzus részei más és más időpontban érik el a felületet, s onnan visszaverődve tükrözik annak adott időpillanatbeli reflexiós állapotát. A vizsgált minták polimetil(metakrilát) (PMMA), polietilén(tereftalát) (PET) és poliimid (PI) voltak. A kísérletek során azt tapasztaltuk, hogy mindhárom minta esetén jelentősen megnő a besugárzott felület reflexióképessége az abláló impulzus beeséséhez képesti 0-10 ps tartományon. Ennek oka az abláció során a felületen keletkező igen vékony (néhány száz nm) rövid élettartamú plazma tükör. A későbbi, esetlegesen UV tükörként vagy ultragyors optikai kapcsolóként való alkalmazás szempontjából megvizsgáltuk, alkalmas-e a fentebb említett plazma tükör PI fólia UV reflexióképességének növelésére. A kísérletek szerint igen (az excimer lézer energiasűrűségétől függő mértékben), amely igen fontos eredmény szubnanoszekundumos excimer lézer impulzusok egyszerű előállításában.

 

 

  1. B. Hopp, Zs. Tóth, K. Gál, Á. Mechler, Zs. Bor, S. D. Moustaizis, S. Georgiou and C. Fotakis: “Time-resolved investigation of transient surface reflection changes of subpicosecond excimer laser ablated liquids” Appl. Phys. A 69, S191-194, 1999
  2. Zs. Tóth, B. Hopp, Á. Mechler, Zs. Bor, S. D. Moustaizis, S. Georgiou, C. Kalpouzos and C. Fotakis: “Reflectivity transients on solid surfaces induced by 0.5 ps high power excimer laser irradiation”, Laser Physics vol.10, 241-245, 2000

 

Abteilung Experimentelle Physik, Universität Ulm

/Prof. Otmar Marti/

 

 

Kristályos Teflon vékonyrétegek pulzáló üzemmódú atomi erő mikroszkópos vizsgálata

 

Impulzus lézeres leválasztási módszerrel Teflon vékonyrétegeket készítettünk különböző hordozókra. A mikroszkópos vizsgálatok azt bizonyították, hogy ezek szerkezete szemcsés, rücskös, szivacsos jellegű. Ezért utólagos hőkezelésnek vetettük alá őket. Az alkalmazott hőmérsékletek 320, 360, 420 és 500 Co voltak. Egy DAAD pályázat keretein belül az így kapott rétegek felületét vizsgáltuk meg az Ulmi Egyetemen. Ennek során egy pulzáló üzemmódú atomi erő mikroszkópot használtunk a minták morfológiájának és adhéziós tulajdonságainak vizsgálatára. Kimutattuk, hogy az effektív felület, a lokális adhéziós erők és keménységek nagysága jelentős mértékben függ a kifűtés hőmérsékletétől. Megállapítottuk, hogy a vékonyrétegek minőségének, keménységének, homogenitásának szempontjából a legkedvezőbb utókezelési hőmérséklet 360 oC volt. A fűtési, hűtési hőmérsékletek, sebességek megfelelő beállításával több száz mikrométeres nagyságú, gyűrűs szerkezetű kristályos Teflon rétegeket sikerült előállítanunk.

 

 

 

N. Kresz, J. Kokavecz, T. Smausz, B. Hopp, M. Csete, S. Hild, O. Marti: “Investigation of pulsed laser deposited crystalline PTFE thin layer with Pulsed Force Mode AFM”, közlésre elfogadva a Thin Solid Film-be

 

 

 

Excimer lézeres besugárzással felületkémiailag módosított Teflon fóliák adhéziós és morfológiai vizsgálata

 

50 mikrométer vastagságú Teflon fóliákat sugároztunk be alulról ArF excimer lézerrel. Az alkalmazott energiasűrűség 0.4-9 mJ/cm2 volt. A minták felületére folyékony abszorbenst, trietiléntetramint rétegeztünk. A Teflon fólián átmenő UV fotonokat ennek molekulái nyelték el, melyek ezután kémiai reakcióba léptek a polimer molekulákkal. Ennek eredményeképpen a Teflon molekulák fluor atomjainak egy része amin csoportokra cserélődik, megváltoztatva ezzel a fólia felületkémiai tulajdonságait. Ebben az esetben is egy pulzáló üzemmódú atomi erő mikroszkópot használtunk a minták morfológiájának és adhéziós tulajdonságainak vizsgálatára. Kimutattuk, hogy a lézeres kezelés hatására jelentősen megnőtt a fólia adhéziója, amit nedvesedési szög méréssel is alátámasztottunk. A vizsgálatok során azt is demonstráltuk, hogy humán sejtek kiválóan tapadnak a kémiailag módosított felületekhez, ami az eljárás későbbi gyógyászati alkalmazása szempontjából fontos eredmény.

 

 

B. Hopp, N. Kresz, J. Kokavecz, T. Smausz, H. Schiefendecker, A. Döring, O. Marti, Z. Bor: “Adhesive and morphological characteristics of surface chemically modified polytetrafluoroethylene films” Appl. Surf. Sci.