دانلود رایگان ترجمه مقاله پلیمریزاسیون مونومرهای مایع یونی در دمای اتاق با تابش پرتوی الکترونی – Acs 2014

پلیمریزاسیون مونومرهای مایع یونی در دمای اتاق با تابش پرتوی الکترونی با هدف ساخت ساختارهای میکروپلیمر/ نانوپلیمر سه بعدی

Polymerization of Room-Temperature Ionic Liquid Monomers by Electron Beam Irradiation with the Aim of Fabricating ThreeDimensional Micropolymer/Nanopolymer Structures

چکیده
چکیده:
روش جدیدی برای ساخت ساختارهای پلیمری با اندازه های میکرو ونانو از مایع یونی در دمای اتاق (RTIL) روی سوبسترای Si با تابش الگودار یک پرتوی الکترونی (EB) توسعه یافت. یک فشار بخار بی نهایت پائین RTIL، 1- آلیل-3- اتیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلورومتان) سولفونیل آمید، امکان ورود به محفظه خلاء بالای تجهیزات پرتو الکترونی برای اجرای پلیمریزاسیون تحریک شده با تابش در منطقه نانو را فراهم می آورد. دراینجا ساختارهای میکرو/نانوپلیمری سه بعدی مختلفی (3D) با نسبت های دید بالای 5 با رزولوشن (وضوح و شفافیت) زیر 100nm تهیه کردیم. به علاوه، اثرات دوز تابش و جریان پرتو بر خصوصیات فیزیکی شیمیایی پلیمرهای ته نشین شده با ثبت طیف های FT-IR و مدول یانگ مورد پژوهش قرار گرفت. نکته جالب توجه اینکه اشکال کلی ساختارهای بدست آمده با استفاده از پرتو یونی متمرکز (FIB)، با اشکال تهیه شده در مطالعه اخیر تفاوت داشت حتی اگر نمونه ها به شیوه ای مشابه تابیده شده بودند. علت این امر می تواند انتقال متفاوت بین دونوع پرتو باشد که براساس محاسبات نظری خطوط سیر پرتو کوانتومی، راجع به آن بحث شد. ادراکات بدست آمده در این مطالعه روشهای تهیه و آماده سازی آسانی برای میکرو/ نانوساختارها فراهم می نمایند.
.
1. مقدمه
مایعات یونی در دمای اتاق (RTIL)، که نمک های مایع که فقط متشکل ازکاتیون ها و آنیون هاهستند، به خاطر خصوصیات فیزیکی شیمیایی منحصر به فردشان نظیر احتراق ناپذیری، رسانایی و هدایت یونی بالا، پایداری حرارتی بالا و پنجره الکتروشیمیایی، محققین زیادی را در رشته های مختلف جذب کرده اند. در میان این خصوصیات، فشار بخار ناچیز RTIL یکی از مهمترین ویژگیها در تحقیق اخیر با استفاده از RTIL تحت شرایط خلاء می باشد. گروه تحقیق چندین تکنولوژی جدید توسعه داد که به صورت تکنولوژی خلاء RTIL طبقه بندی می شوند. به طور مثال، یک تکنیک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) درجا برای پژوهش واکنش های الکتروشیمیایی در RTIL همزمان با قطبش الکترودها توسعه داده ایم. در سری پژوهشها، به این مسئله توجه کردیم که انواع خاصی از واکنش های شیمیایی، به عبارتی کاهش یونهای فلز، با تابش پرتو الکترون تحریک والقاء می شوند. یافته اول آن بود که ذرات طلا در یک RTIL تولید شدند که در طول مشاهده RTIL با SEM مشخص گردید که محتوی یونهای طلا بود. براساس این ادراکات، روشی کاملاً جدید برای ساخت ساختارهای پلیمری با اندازه میکرو/ نانو با ترسیم الگوهای اختیاری روی RTIL قابل پلیمر شدن، 1- آلیل-3- اتیل ایمیدازولیوم بیس (تری فلورومتان)- (سولفونیل) آمید ، طرح 1)، با ابزار پرتو یون متمرکز (FIB)، ارائه کرده ایم. در این تکنولوژی، در زمینه ساخت ساختارهای پلیمری میکروسکوپی سه بعدی مختلف (3D) موفق شدیم که ساخت آنها بااستفاده از تکنیک های FIB متداول سخت و دشوار است. ساخت ساختارهای سه بعدی پیچیده با مکانیسم شکل گیری متمایزی صورت گرفت که شبیه به مکانیسم چاپگرهای 3 بعدی می باشد. نکته کلیدی در این روش آن است که قطبش یا پلیمریزاسیون در سطح میانی یا واسط RTIL/ خلاء به وقوع پیوسته و اینکه سازماندهی مجدد هلال مایع سبب می شود موقعیت واکنش ساختار پلیمر در سطح بالاتری از ضخامت اصلی لایه RTIL قرار داشته باشد.

Abstract

A novel method for fabricating microsized and nanosized polymer structures from a room-temperature ionic liquid (RTIL) on a Si substrate was developed by the patterned irradiation of an electron beam (EB). An extremely low vapor pressure of the RTIL, 1-allyl-3-ethylimidazolium bis((trifluoromethane)sulfonyl)amide, allows it to be introduced into the high-vacuum chamber of an electron beam apparatus to conduct a radiation-induced polymerization in the nanoregion. We prepared various three-dimensional (3D) micro/nanopolymer structures having high aspect ratios of up to 5 with a resolution of sub-100 nm. In addition, the effects of the irradiation dose and beam current on the physicochemical properties of the deposited polymers were investigated by recording the FT-IR spectra and Young’s modulus. Interestingly, the overall shapes of the obtained structures were different from those prepared in our recent study using a focused ion beam (FIB) even if the samples were irradiated in a similar manner. This may be due to the different transmission between the two types of beams as discussed on the basis of the theoretical calculations of the quantum beam trajectories. Perceptions obtained in this study provide facile preparation procedures for the micro/ nanostructures.

1. Introduction

Room-temperature ionic liquids (RTILs), which are liquid salts consisting only of cations and anions, have fascinated many researchers in various fields because of their unique physicochemical properties such as incombustibility, high ionic conductivity, high thermal stability, and wide electrochemical window.1−7 Among these properties, the negligible vapor pressure of RTILs is one of the most important features in recent research using RTILs under vacuum conditions.8,9 Our research group developed several new technologies that can be categorized as RTIL-vacuum technology.10,11 For example, we have developed an in situ scanning electron microscopy (SEM) technique to investigate electrochemical reactions in RTIL concurrently with the polarization of electrodes.12,13 In a series of investigations, we further noticed that certain types of chemical reactions, i.e., the reduction of metal ions, are induced by electron beam irradiation.14,15 The first finding was that gold particles were produced in an RTIL that contained gold ions during the observation of the RTIL by SEM. On the basis of these perceptions, we have established a completely new method to fabricate micro/nanosized polymer structures by drawing arbitrary patterns on a polymerizable RTIL, 1-allyl-3-ethylimidazolium bis((trifluoromethane)- sulfonyl)amide ([AllylEtIm][Tf2N], Scheme 1), with a focused ion beam (FIB) instrument.16 In this technique, we succeeded in fabricating various three-dimensional (3D) microscopic polymer structures that are difficult to build using conventional FIB techniques. The fabrication of complicated 3D structures was achieved by a distinctive formation mechanism that resembles the mechanism of 3D printers. The key point in this method is that the polymerization takes place at the RTIL/ vacuum interface and that the reorganization of the liquid meniscus raises the reaction position for the polymer structure to grow higher than the original thickness of the RTIL layer.

پلیمریزاسیون مونومرهای مایع یونی در دمای اتاق با تابش پرتوی الکترونی با هدف ساخت ساختارهای میکروپلیمر/ نانوپلیمر سه بعدی

Polymerization of Room-Temperature Ionic Liquid Monomers by Electron Beam Irradiation with the Aim of Fabricating ThreeDimensional Micropolymer/Nanopolymer Structures