Обзор статьи Мочалова К.Е.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) успешно интегрируется с другими методами исследований, что открывает поистине уникальные возможности.

👉 Например, Мочалов К.Е. и его коллеги успешно совместили атомно-силовой микроскоп NTEGRA с вертикальным оптическим микроскопом, оптическим столом для инвертированной оптической микроскопии и системой кросс-поляризованного освещения. Итогом интеграции стала экспериментальная установка «Система зондово-оптической 3D корреляционной микроскопии», позволяющая проводить фотооптические и поверхностные исследования образцов.

Созданная установка позволила научной группе Мочалова К.Е. изучить формирование поверхностных особенностей и возможность управления ими. Исследования пленок двух высокофоточувствительных образцов ЖК-полиметакрилата с азобензолсодержащими боковыми группами (PMDA6/10 и PMDA10/6) проводились при однолучевом лазерном облучении.

Создание различных топографий и структур поверхности, а также их дальнейшая реконфигурация и настройка рельефа являются актуальными задачами в современном материаловедении. Пленки и покрытия, имеющие переменную топографию, открывают большие возможности для модификации различных поверхностных свойств, таких как адгезия, смачивание и так далее. Среди многообразия подходов к такому управлению и настройке, свет является наиболее полезным и удобным инструментом, особенно для бесконтактного формирования различных рельефов на поверхности пленок и покрытий.

Рисунок 1 — (а) 2D и 3D АСМ-изображения закаленной изотропной пленки полиметакрилата PMDA10/6 при облучении 532 нм (~80 мкВт); время облучения показано на рисунках. Стрелки указывают направление поляризации лазерного луча;

(b) Поперечные сечения АСМ-сканов в направлении поляризации света (сдвинуты по вертикали для лучшей видимости)

При облучении с длинной волны 532 нм явление массопереноса и образование кратеров сопровождалось четко видимыми изменениями двойного лучепреломления полимерных пленок, что проявлялось в виде ярких или темных пятен на микрофотографиях поляризационной оптической микроскопии (в изначально темных пленках в скрещенных поляризаторах).

Наиболее вероятный механизм фотомеханической деформации азобензолсодержащих пленок связан с возникновением внутренних оптико-механических напряжений под действием поляризованного света. Поляризованный свет вызывает вращательную диффузию или постепенное вращение хромофоров в направлении, перпендикулярном плоскости поляризации, во время циклов фотоизомеризации E-Z-E. Это, в свою очередь, может вызывать переориентацию основных цепей метакрилата.

Происхождение образования «холмов» (рисунок 2) для красного лазерного луча (633 нм) более сложно. Вероятно, это объясняется тепловым расширением пленки под воздействием красного света. Облучение пленок, содержащих красители, приводит к повышению их температуры. В отличии от излучения на длине волны 532 нм, оптическая плотность пленок при 633 нм облучении на два порядка меньше, что обеспечивает большую глубину проникновения света. Более длительное время излучения и большая глубина проникновения вызывают локальный нагрев облучаемого пятна, что приводит к тепловому расширению и появлению «холма».

Рисунок 2 — (а) 2D и 3D АСМ-изображения закаленной изотропной пленки полиметакрилата PMDA6/10 при облучении красным лазером (633 нм, ~80 мкВт). Время облучения показано на рисунках. Стрелка указывает направление поляризации лазерного луча;

(b) Разрезы по направлению поляризации света (сдвинуты по вертикали для лучшей видимости);

(c) 3D АСМ-изображение отожженной пленки ЖК-полимера PMDA10/6 после 20-минутного облучения красным лазером

Таким образом, уникальная «Система зондово-оптической 3D корреляционной микроскопии» позволила успешно изучить формирование анизотропных особенностей поверхности для азобензолсодержащих полимеров с боковыми заместителями в азобензольных хромофорах.

Источник: Bobrovsky A. et al. Laser-induced formation of “craters” and “hills” in azobenzene-containing polymethacrylate films //Soft Matter. – 2020. – Т. 16. – №. 23. – С. 5398-5405