Исследование влияния методов обработки на рельеф поверхности

С целью контроля шероховатости поверхности исследуемых материалов после физической (нанесение тонких металлических пленок Au, плазменная обработка поверхности) и химической обработки при помощи методов оптической микроскопии ближнего поля (зондовая нанолаборатория NTEGRA Solaris) измерялась средняя арифметическая шероховатость Ra.

Сравнивая результаты измерения неравномерности поверхности ПК исходного рельефа (рис. 26) и после воздействия УФ излучения в течение 20 минут (рис. 27), можно наблюдать увеличение значения Ra с 0,82 нм до 2,22 нм, при этом топология поверхности существенно не изменилась.

 

Рис. 26. СЭМ изображения исходного рельефа поверхности ПК

(шероховатость Ra - 0,82 нм).

 

 

Рис. 27. СЭМ изображения рельефа поверхности ПК после воздействия УФ излучения,

20 мин, спектральный диапазон 250 – 350 нм (шероховатость Ra - 2,22 нм).

После напыления слоя золота толщиной 6 нм на образец ПК, шероховатость не изменяется по сравнению с исходной поверхностью (рис. 28).

 

Рис. 28. СЭМ изображения рельефа поверхности ПК после напыления слоя Au толщиной 6 нм (шероховатость Ra - 0,80 нм).

После обработки ПК 3% NaClO и 0.5 NaOH в течение 2 часов (рис. 29 и рис. 30) поверхность становится более шероховатой и наблюдается более высокая гидрофобность материала.

 

Рис. 29. СЭМ изображения рельефа поверхности ПК после обработки 3% NaClO

в течение 2 часов (шероховатость Ra - 2,88 нм).

 

 

Рис. 30. СЭМ изображения рельефа поверхности ПК после обработки 0.5 NaOH

в течение 2 часов (шероховатость Ra – 1,08 нм).

 

В случае обработки поверхности ПК плазмой в течение 30 сек (рис. 31), шероховатость приобретает более выраженный характер.

 

Рис. 31. СЭМ изображения рельефа поверхности ПК после обработки плазмой 30 сек (шероховатость Ra – 2,88 нм).

На рис. 32 представлены изображения исходного рельефа поверхности стекла К8 после механической обработки и после химической обработки (кислотное травление-HF₄). Проведенные исследования показали, что после кислотной обработки поверхность становится более гидрофобной. Повышенная гидрофобность, вероятно, также обусловлена разрывами кремниевых связей. А неравномерная топология поверхности после травления образуется за счет наличия значительного количества окислов, которые вступают во взаимодействие и по-разному реагируют с компонентами травителя (раствора травления).

 

Рис. 32. СЭМ изображения слева: исходного рельефа поверхности стекла К8 после

механической обработки – полировки (шероховатость Ra – 0,74 нм); справа: рельефа поверхности после кислотного травления (шероховатость Ra – 2,92 нм).

Сравнивая полученные значения шероховатости исходного рельефа поверхности ПММА (рис. 33) и после воздействия УФ излучения в течение 20 мин (рис. 34), можно сказать, что обработка УФ ПММА приводит к существенной модификации поверхности.

 

Рис. 33. СЭМ изображения исходного рельефа поверхности ПММА

(шероховатость Ra - 0,35 нм).

 

Рис. 34. СЭМ изображения рельефа поверхности ПММА после воздействия УФ излучения, 20 мин, спектральный диапазон 250 – 350 нм (шероховатость Ra – 1,24 нм).

 

Исследование рельефа поверхности ПММА после напыления слоя золота толщиной 6 нм (рис. 35) показало, что после нанесения Au образуется не сплошная поверхность: есть дефекты покрытия – слой наносится фрагментарно. В этом случае невозможно получить воспроизводимые результаты измерений значений контактного угла. Для получения сплошной поверхности, нужно наносить слой большей толщины, либо производить предварительную модификацию поверхности перед напылением.

 

 

 

Рис. 35. СЭМ изображения рельефа поверхности ПММА после напыления слоя Au толщиной 6 нм (шероховатость Ra - 0,96 нм).

Рис. 36 и рис. 37 иллюстрируют изображения, полученные после обработки ПММА 3% NaClO и 0.5 NaOH в течение 2 часов. На рельефе поверхности появляются различные дефекты, что может быть причиной понижения гидрофобности поверхности.

 

 

Рис. 36. СЭМ изображения рельефа поверхности ПММА после обработки 3% NaClO

в течение 2 часов (шероховатость Ra – 1,36 нм).

 

 

Рис. 37. СЭМ изображения рельефа поверхности ПММА после обработки 0.5 NaOH

в течение 2 часов (шероховатость Ra – 0,77 нм).

Представленные на рис. 38 результаты измерения шероховатости после обработки ПММА плазмой в течение 30 сек, показывают, что рельеф поверхности выравнивается по сравнению с исходным.

 

 

 

Рис. 38. СЭМ изображения рельефа поверхности ПММА после обработки плазмой 30 сек (шероховатость Ra – 0,68 нм).