Перспективные материалы для применения в биомедицине, энергетике и электронике

Отчет 117 с, 57 рис, 13 табл., 120 источников. Объектом исследования являются перспективные материалы, имеющие потенциал применения в химической промышленности, энергетике, биомедицине и электронике, и перспективные методы их исследования: материалы на основе блоксополимеров, в том числе диблочные сополимеры, тонкие пленки, экспериментальная платформа на основе MEMS датчиков, полимерные пленкообразующие для микроэлектроники и др. Цель работы – развитие универсальных подходов дизайна ряда материалов, включающих термочувствительные микро- и нано-контейнеры для доставки лекарств, системы, имитирующие механические свойства биологических тканей, полимеры для создания источников электроэнергии и новые пленкообразующие полимеры для производства интегральных микросхем методами нанолитографии. В ходе выполнения НИР получены следующие научные результаты: С использованием анионной полимеризации синтезированы живые гомополимеры поли(диметилсилоксана), а также гомополимеры поли(2-винилпиридина), проведено успешное соединение блоков. Отработаны методы получения материалов с различными молекулярными массами (от 9,8 до 36,0 кг/моль) и соотношениями объемных фракций (φ, от 0,15 до 0,67). Результаты морфологической характеризации показали, что при обычных соотношениях составов образуются ламеллярные, цилиндрические и сферические фазы с периодичностью доменов, варьирующейся примерно от 15 до 39 нм. Проведены реакции химической модификации поли(2-винилпиридина) кватернизацией по атому азота. Результаты являются важными для получения функциональных материалов с улучшенными свойствами, пригодных для различных применений, в том числе и нанотехнологий. Синтезированы две новых донорно-акцепторных малых молекулы BBT-H и BBT-F и проведено исследование влияния морфологической перестройки при термическом отжиге на дырочно-транспортные характеристики тонких пленок на их основе. Показано, что морфологические изменения, происходящие при отжиге тонких пленок на основе фторсодержащей молекулы BBT-F, приводят к впечатляющему увеличению подвижности дырок в семь раз с 2,13 × 10-4 до 1,52 × 10-3 см2В-1 с-1, тогда как подвижность дырок нефторированного BBT-H не претерпевает существенных изменений. Этот эффект показывает важность молекулярной инженерии для разработки перспективных полупроводниковых материалов для тонкопленочной электроники следующего поколения. Проведено исследование термического поведения двух кристаллических азид-алкиновых мономеров на основе триазина: 2-азидо-4, 6-бис(проп-2-ин-1-илокси)-1,3,5-триазина (ABPOT) и 2,4-диазидо-6-(проп-2-ин-1-илокси)-1,3,5-триазин (DAPOT). Несмотря на сходство двух структур типа AB2, изотермическое старение DAPOT протекает значительно быстрее, чем у ABPOT. Показано, что при хранении при температуре ниже температуры плавления химическое преобразование начинается в кристаллическом состоянии по топохимическому механизму приводя к изотермическое плавлению и последующую полимеризацию. Эти процессы при длительном хранении удалось описать, используя соответствующее двухступенчатое уравнение Аврами. Параметр Аврами, соответствующий процессу аморфизации, близок к единице, в то время как коэффициент полимеризации составляет приблизительно 0,5. Следовательно, оба процесса, вероятно, можно рассматривать как одномерные, при этом контроль диффузии доминирует в процессе полимеризации. Наблюдаемое влияние длительного хранения на способность мономеров к полимеризации может оказаться полезным при синтезе сверхразветвленных полимеров с помощью «зеленых» топохимических методов. Изготовлены экспериментальные образцы тройных сополимеров, содержащих 2-этил-2-адамантил метакрилат (ЭАМА), (5-оксооксолан-3-ил)-2-метилпроп-2-еноат (β-ГБЛМА), 3-гидроксиадамантан-1-ил метакрилат (ГАМА); 2-этил-2-адамантил метакрилат (ЭАМА), (5-оксооксолан-3-ил)-2-метилпроп-2-еноат (β-ГБЛМА), 2-гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА); 2-метил-2-адамантил метакрилата (МАМА), (5-оксооксолан-3-ил)-2-метилпроп-2-еноат (β-ГБЛМА), 3-гидроксиадамантан-1-ил метакрилат (ГАМА); 2-метил-2-адамантил метакрилата (МАМА), (5-оксооксолан-3-ил)-2-метилпроп-2-еноат (β-ГБЛМА), 2-гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА); 2-метил-2-адамантил метакрилат (МАМА), (2-оксооксолан-3-ил)-2-метилпроп-2-еноат (α-ГБЛМА), 3-гидроксиадамантан-1-ил метакрилат (ГАМА); 1-этилциклопентил метакрилат (ЭЦПМА), 5-метакрилоилокси-2,6-норборнан карболактон (НБЛМА). Проведено исследование свойств аналогов и экспериментальных образцов фоторезиста. Исследовано влияние структуры и концентрации фотогенератора кислоты на литографические свойства пленок фоторезиста. На основе этих данных произведен выбор системы фотогенераторов кислоты для фоторезиста. На основании изучения влияния природы и концентрации добавки основания на литографические свойства материала произведен выбор функциональной добавки. Исследовано влияние структуры полимера на его растворимость и светочувствительность фоторезиста, что позволило выбрать наиболее перспективный состав полимерной основы фоторезиста.