CC BY
24
ИОННОСТИМУЛИРОВАННЫЙ ПЕРЕНОС АТОМОВ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ НА ПОВЕРХНОСТЬ КАРБОНИЗОВАННОЙ ПЛЕНКИ ПОЛИВИНИЛИДЕНФТОРИДА
О.В. Слободчиков, С. С. Чеботарев, Л.А. Песин, С.Е. Евсюков, И.В. Грибов, Н.А. Москвина, В.Л. Кузнецов
Разработана оригинальная модификация метода ионностимулирован-ного переноса атомов Ее и Си на поверхность пленки ПВДФ при одновременной радиационной карбонизации ее ионами Аг+ в сверхвысоковакуумной камере РФЭС спектрометра.
Ключевые слова: РФЭС, ПВДФ, ДГФ, ионностимулированный перенос, молекулярные магнетики
Введение
В последнее время научный и практический интерес к магнитоактивным материалам: сорбентам, магнитным жидкостям, медицинским препаратам, сочетающим действие магнитных полей и лекарственных веществ, возрастает благодаря свойствам магнитоуправляемости [1]. Маг-нитоуправляемость позволяет решать ряд экологических задач по локализации и сбору загрязнений природных ресурсов и некоторые медицинские задачи, когда необходимо обеспечить транспорт лекарственных препаратов, удаление воспалительных образований, в диагностических и других целях [2]. Кроме того, такие материалы находят широкое применение в СВЧ технике, оптоэлектронике, аппаратуре магнитной записи и т.д. [3].
Большое количество работ посвящено проблемам внедрения в полимеры (преимущественно путем растворения и смешивания) различных ферромагнитных примесей [4-7], в том числе и в поливинилиденфторид (ПВДФ) [8, 9].
В данном исследовании с целью получения магнитоактивных материалов объединены несколько направлений работы: 1) на поверхности пленки поливинилиденфторида ПВДФ под воздействием мягкого рентгеновского излучения синтезируется наноразмерный слой обогащенного углеродом вещества, в котором могут присутствовать его различные структурные модификации, в том числе и линейные карбиновые цепочки; 2) с помощью оригинальной модификации метода ионностимулированного переноса на поверхность пленки ПВДФ осаждаются атомы Бе и Си при одновременной радиационной карбонизации ее ионами Аг+ в сверхвысоковакуумной камере РФЭС спектрометра; 3) осуществляется непрерывный мониторинг химического состояния поверхности в течение всего времени эксперимента методом РФЭС.
Образцы и условия эксперимента
Радиационной карбонизации подвергались пленки ПВДФ марки Купаг (тип 720, толщина 50 мкм), произведенные фирмой АШйпа (Франция) методом выдувной экструзии. Пленка содержит около 50% кристаллической фазы, погруженной в аморфную. Свойства последней подобны таковым переохлажденной жидкости. Доминирующий тип конформации цепей и той и другой фазы альфа [10]. Кристаллическая часть материала состоит из пластинчатых кристаллов толщиной порядка 10“* см и длиной 10~5см.
Измерения проводились с помощью спектрометра ЭС ИФМ-4 [11]. Спектры электронной эмиссии возбуждались немонохроматическим рентгеновским излучением алюминиевого анода, отфильтрованного алюминиевой фольгой. Энергия фотонов А1 Ка, доминирующих в этом излучении, составляет 1486,6 эВ. Спектрометр оснащен комбинированной электронно-ионной пушкой, позволяющей осуществлять бомбардировку образцов частицами различных энергий. Давление остаточных газов в камере спектрометра не превышало 10~9 мм. рт. ст. Образцы, подвергаемые дегидрофторированию (ДГФ), представляли собой прямоугольные пленки ПВДФ размером 10x8 мм2, при этом проходят через энергоанализатор спектрометра электроны, рожденные в области 8x2 мм2
Пучок ионов Аг+ бомбардировал железную пластину, ионы после отражения вместе с атомами железа попадали на поверхность пленки ПВДФ. Ионная бомбардировка осуществлялась в 3 этапа со ступенчатым нарастанием дозы: 1 час + 2 часа + 2 часа (соответственно, дозы 1 - 3 ).
Результаты и обсуждение
Обнаружено существенное изменение химического состава поверхности образца: кроме дефторирования с увеличением времени воздействия ионов увеличивается интенсивность фотоэлектронных линий Бе и Си, что свидетельствует об увеличении содержания этих элементов. Атомы меди выбиты из медного держателя образца. Измерена относительная атомная концентрация этих элементов из отношений интегральных интенсивностей соответствующих спектральных линий к 1 э-линии углерода: БеЗр/СЬ, Б1 э/С 1 э и СиЗр/СЬ. В дальнейшем, с увеличением экспозиции А1 ^-излучением происходит значительное уменьшение концентрации железа от 7 % до 2,7 % при одновременном возрастании интенсивности сателлита энергетических потерь (рис. 1) электронов РеЗр(3/2). Возможным объяснением этого факта может быть диффузия атомов железа вглубь пленки, стимулированная локальным разогревом вещества в области воздействия рентгеновского излучения.
*■........
* Ж--
-ДА
*
* -
Ш; Ч-s
У
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
tv т ж
Ш-щчт %тш< №
т
Энергия связи, эВ
Рис. 1. Участок фотоэлектронного спектра, содержащий F1s линию и Fe2p дублет непосредственно после выключения ионной пушки (О), и последующей экспозиции AIKa
гЬлтпняии (я\
Рис. 2. Серии точек 1 и 2: F1s линия до (о) бомбардировки ионами металлической мишени, и после (•)
Обнаружено значительное уширение FIs линии при увеличении относительной атомной концентрации железа Fe/C выше 6%, не связанное с неоднородной зарядкой поверхности образца (см. рис. 2): ширина Cls линии при этом остается постоянной (см. рис. 3). Такое уширение, скорее всего, обусловлено формированием химической связи атомов железа и фтора, при этом возможно появление химического сдвига F ls-линии фтора. Используемое разрешение спектрометра не позволило выделить пик F1 s-электронов, энергия связи которых претерпела химический сдвиг, однако наличие обсуждаемого эффекта очевидно.
1500
1000
600
.
Д а
Д А
А
А А Д
282 284 286 288 290 292 294
Энергия связи, эВ
Рис. 3. Серии точек 1 и 2: С1в линия до (А) бомбардировки ионами металлической мишени, и после (Л)
Слободчиков О.В., Чеботарев С.С., Песин Л.А., С.Е. Евсюков и др.
Ионностимулированный перенос атомов железа и меди на поверхность карбонизованной пленки...
При дальнейшем увеличении ионного облучения образца (доза 3) обнаружено сужение уширенной FIs линии, незначительный рост отношений интенсивностей Fls/Cls, Fe3p/Cls, Cu3p/Cls линий и уменьшение интенсивности сателлита энергетических потерь. Одним из возможных объяснений данных фактов может быть вызванная ионным травлением эрозия вещества, которая приводит к тому, что измерения РФЭС производились с более глубоких слоев образца, в которых уже внедрены атомы железа и содержится большее количество атомов фтора.
Выводы
Приведенные результаты демонстрируют перспективность метода ионностимулированного переноса атомов переходных металлов на поверхность пленки ПВДФ при ее одновременной радиационной карбонизации для синтеза молекулярных магнитоактивных материалов.
Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и правительства Челябинской области (проект 07-02-96008р_урал_а).
Литература
1.Farshad, М. Magnetoactive elastomer composites / М. Farshad, Andre Benine. // Polymer Testing. Material Properties. - 2004. - V. 23, № 3. - P. 347-353.
2. Giurgiutiu, V. Electroactive and Magnetoactive Materials / Victor Giurgiutiu. // Structural Health Monitoring with Piezoelectric wafer active sensors. - 2008. - P. 13-37.
3. Farshad, M. Magnetoactive Polymer Composite Fibers and Fabrics - Processing and Mechanical Characterization / M. Farshad, F. Clemens, M. Le Roux // J. of Thermoplastic Composite Materials. -
2007. - V. 20, № i. _ p. 65-74.
4.Dominique, L. Molecular magnets based on two-dimensional Mn(II)-nitronyl nitroxide frameworks in layered structures / L. Dominique, A. Borta, Y. Chumakov et all. II Inorganica Chimica Acta. -
2008. -V. 361. - P. 3669-3676.
5.Novak, R.L. Magneto-optical studies on the molecular cluster Fe4 in different polymeric environments / R.L. Novak, F. Pineider, C. de Julian Fernandez et all. II Inorganica Chimica Acta. - 2008. -V.361.-P. 3970-3974.
6.van Slageren, J. Magnetism and magnetic resonance studies of single-molecule magnets in polymer matrices / J. van Slageren, S. Dengler, J. Gomez-Segura et all. II Inorganica Chimica Acta. - 2008. -V. 361.-P. 3714-3717.
7.Avile', M.O. In vitro study of magnetic particle seeding for implant assisted-magnetic drug targeting / M.O. Avile', A.D. Ebner, J.A. Ritter // J. of Magnetism and Magnetic Materials. - 2008. - V. 320. -P. 2640-2646.
8. Abdelaziz, M. Effect of equal amounts of Mn and Co dopant addition on the structural, electrical and magnetic properties of PVDF films / M. Abdelaziz, E.M. Abdelrazek // Physica B. - 2004. - V. 349. -P. 84-91.
9. Andrew, J.S. Electrospinning of polyvinylidene difluoride-based nanocomposite fibers / J.S. Andrew, J.J. Mack, DR. Clarke. II J. Mater. Res., -2008. - V. 23, № 1. - P. 105-114.
10. Кочервинский, B.B. Структура и свойства блочного поливинилиденфторида и систем на его основе / В.В. Кочервинский // Успехи химии. - 1996 - № 5(10). - С. 936-987.
11. Соколов, О.Б. Развитие экспериментальных возможностей метода электронной спектроскопии с использованием магнитного энергоанализатора / Соколов О.Б., Кузнецов B.JI. - Челябинск.: ЧПИ., 1990. - 163 с.
Поступила в редакцию 19 января 2009 г.
THE ION-ASSISTED OF IRON AND COPPER ATOMS TRANSFER TECHNIQUE ON THE SURFACE OF CARBONIZED POLY(VINYLIDENE FLUORIDE)
An original modification of ion-assisted Fe and Cu atom transfer technique on the surface of a PVDF film accompanied by its simultaneous radiative carbonization with Ar+ ions inside the ultrahigh vacuum chamber of the XPS spectrometer has been elaborated.
Keywords: PVDF, XPS, DHF, ion-assisted atoms transfer, molecular magnetic.
Slobodchikov Oleg Vyacheslavovich - Post-Graduate Student, General and Theoretical Physics Department, Chelyabinsk State Pedagogical University
Слободчиков Олег Вячеславович - аспирант, кафедра Общей и теоретической физики, Челябинский государственный педагогический университет, e-mail: [email protected]
Chebotarev Sergey Sergeevich - Cand.Sc. (Physics and Mathematics), Senior Teacher, General and Theoretical Physics Department, Chelyabinsk State Pedagogical University.
Чеботарев Сергей Сергеевич - кандидат физико-математических наук, старший преподаватель, кафедра Общей и теоретической физики, Челябинский государственный педагогический университет.
e-mail: [email protected]
Pesin Leonid Abramovich - Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Professor, General and Theoretical Physics Department, Chelyabinsk State Pedagogical University
Песин Леонид Абрамович - доктор физико-математических наук, профессор, кафедра Общей и теоретической физики,Челябинский государственный педагогический университет e-mail: [email protected]
Evsyukov Sergey Evgenievich - Cand. Sc. (Chemistry), Synthesis Laboratory, Evonik Techno-chemie GmbH, Dossenheim, Germany.
Евсюков Сергей Евгеньевич - кандидат химических наук, лаборатория синтеза, Evonik Technochemie GmbH, Dossenheim, Germany.
Gribov Igor Vasiliyevich - Cand. Sc. (Physics and Mathematics), Senior Scientific Researcher, Institute of Metal Physics of the Ural Division of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg.
Грибов Игорь Васильевич - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, лаборатория электрический явлений, Институт физики металлов УрО РАН, г. Екатеринбург.
e-mail: [email protected]
Moskvina Nataliya Anatolievna - Scientific Researcher* Institute of Metal Physics of the Ural Division of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg.
Москвина Наталья Анатольевна - научный сотрудник, Институт физики металлов УрО РАН, г. Екатеринбург, e-mail: [email protected]
Kuznecov Vadim Lyvovich - Dr.Sc. (Engineering), Senior Scientific Researches Institute of Metal Physics of the Ural Division of the Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg.
Кузнецов Вадим Львович - доктор технических наук, старший научный сотрудник, Институт физики металлов УрО РАН, г. Екатеринбург, e-mail: [email protected]
