Способ получения микросеток

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси Учреждение Белорусского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем(72) Авторы Куликовская Виктория Игоревна Башмаков Игорь Аркадьевич Агабеков Владимир Енокович Капуцкий Федор Николаевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси Учреждение Белорусского государственного университета Научно-исследовательский институт физико-химических проблем(57) Способ получения микросеток, включающий приготовление раствора нитроцеллюлозы в смеси амилацетата и спирта, формование нитроцеллюлозной пленки на поверхности охлажденной воды и обработку нитроцеллюлозной пленки влажным воздухом, отличающийся тем, что готовят раствор, содержащий 1,5-3,0 мас.нитроцеллюлозы со средней степенью полимеризации, не превышающей 150, в бинарном растворителе, включающем изо-амилацетат и одноатомный алифатический спирт, выбранный из группы, состоящей из бутанола-1, пентанола-1 и гексанола-1, при объемном соотношении изо-амилацетата и спирта 31, а обработку влажным воздухом проводят через 5-10 с после получения на поверхности охлажденной воды нитроцеллюлозной пленки. Изобретение относится к получению полимерных микросеток и может быть использовано в электронной микроскопии для приготовления тест-объектов, а также в литографии в качестве масок при ионном травлении полупроводниковых структур. Известны способы получения микросеток нитроцеллюлозы, которые включают операции приготовления ее раствора в амилацетате, формования на поверхности охлажденной воды пленки, обработки этой пленки средой, содержащей водяной пар, образование сквозных отверстий в пленке при отжиге 1, 2. Наиболее близким к заявляемому является способ получения микросеток, описанный в 2, который выбран за прототип. Данный способ включает операции получения смеси раствора коллодия (нитроцеллюлозы) в амилацетате с этиловым спиртом, формования на поверхности охлажденной воды коллодиевой пленки, обработки этой пленки средой,содержащей водяной пар, после появления на ней радужной окраски, образования сквозных отверстий в пленке путем ее кратковременного отжига 2. Методика 2 имеет ряд 14447 1 2011.06.30 недостатков. Во-первых, необходим визуальный контроль процесса получения микросеток,в частности обработка средой, содержащей водяной пар, проводится в момент появления радужной окраски на краях пленки, и для отжига пленки с целью получения сквозных отверстий выбирается радужно окрашенная ее часть, что приводит к низким производительности и воспроизводимости процесса из-за субъективных факторов. Во-вторых, формирование отверстий в пленке происходит за счет ее кратковременного отжига в печи при 2255 С, при этом происходит прогорание утонений коллодиевой пленки, образующихся в результате конденсации на ней воды, однако такое термическое воздействие может приводить к деформации ячеек, неоднородности их образования из-за различия этих утонений по толщине, вследствие чего результаты являются плохо воспроизводимыми. Задачей изобретения является разработка способа получения пористых нитроцеллюлозных микросеток с однородными по диаметру ячейками с сокращением продолжительности технологического процесса. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения микросеток,включающем приготовление раствора нитроцеллюлозы в смеси амилацетата и спирта,формование нитроцеллюлозной пленки на поверхности охлажденной воды и обработку нитроцеллюлозной пленки влажным воздухом, для изготовления микросеток готовят раствор, содержащий 1,5-3,0 мас.нитроцеллюлозы со средней степенью полимеризации,не превышающей 150, в бинарном растворителе, включающем изо-амилацетат и одноатомный алифатический спирт, выбранный из группы, состоящей из бутанола-1, пентанола-1 и гексанола-1, при объемном соотношении изо-амилацетата и спирта 31, а обработку влажным воздухом проводят через 5-10 с после получения на поверхности охлажденной воды нитроцеллюлозной пленки. Получение микросеток осуществляется следующим образом. 20 мкл раствора нитроцеллюлозы со средней степенью полимеризации, не превышающей 150, в бинарном растворителе наносится на поверхность воды, температура которой не превышает 10 С. Через 5-10 с на сформированную жидкую полимерную пленку действуют потоком воздуха с относительной влажностью 75-85 . Пленку оставляют на 5-10 мин для окончательного испарения растворителя и затем переносят на подложку. Соотношение изо-амилацетата и спирта в бинарном растворителе (31 по объему) определено экспериментальным путем и, по-видимому, связано с оптимальным значением межфазного натяжения. Увеличение доли спирта до 50 об.приводит к значительному сокращению площади качественно сформированной пленки, а уменьшение - к образованию микросеток с большим разбросом ячеек по диаметру (табл. 1). Введение в состав бинарного растворителя других одноатомных алифатических спиртов не способствует формированию однородных микросеток. Так, при добавлении этанола и пропанола-1 образуются сетчатые структуры с большим разбросом ячеек по размерам по своим характеристикам такие образцы близки к пленкам, полученным из изо-амилацетата без добавления спирта. Применение бинарных растворителей, содержащих изо-амилацетат и более высокомолекулярные спирты, например гептанол-1, октанол-1, деканол-1, приводит к формированию микросеток с крупными ячейками, перемычки между которыми имеют разрывы и неоднородны по высоте. Указанная относительная влажность подаваемого воздуха является оптимальной при данных условиях и позволяет получать микросетки нитроцеллюлозы с однородными по диаметру ячейками (табл. 2). Диапазон используемых концентраций раствора нитроцеллюлозы 1,5-3 мас.обусловлен тем, что при значениях ниже 1,5 мас.образуются слабоструктурированные или сплошные пленки, а при концентрациях более 3 мас.- микросетки с широким разбросом ячеек по диаметру. Применение предложенных бинарных растворителей и нитроцеллюлозы дает возможность формировать однородные пористые полимерные пленки без 2 14447 1 2011.06.30 стадии визуального контроля момента действия на жидкую пленку влажного воздуха. Использование нитроцеллюлозы со средней степенью полимеризации, не превышающей 150,позволяет получать пористые микросетки без стадии отжига. Таблица 1 Влияние состава растворителя на характеристики микросеток. Средняя степень полимеризации нитроцеллюлозы равна 30 Соотношение изоСредний Относительное Коэффициент по- Площадь амилацетатбутанол-1 диаметр стандартное откло- лидисперсности формируемой(по объему) ячеек, мкм нение ,ячеек / пленки, см 2 11 0,75 16 5 0,5-1,0 31 0,75 12 3 30-35 91 0,65 31 8 30-35 Средний диаметр ячеек определяли по данным атомно-силовой микроскопиис помощью программного обеспечения 5.31 (объем выборки составлял не менее 500 ячеек). Пленка, сформированная по описанному способу из бинарного растворителя изоамилацетатбутанол-1 в соотношении 31 по объему при относительной влажности подаваемого воздуха 75 , представлена на фигуре. Аналогичные по морфологии микросетки получаются из бинарного растворителя изо-амилацетатапентанол-1 и изо-амилацетатгексанол-1. В качестве сравнения приведена пленка, сформированная в аналогичных условиях из нитроцеллюлозы со средней степенью полимеризации 300 (фигура). Таблица 2 Влияние относительной влажности подаваемого воздуха и средней степени полимеризации нитроцеллюлозы на характеристики микросеток. Растворитель - изо-амилацетатбутанол-1 в объемном соотношении 31 Средняя степень полимеризации 30 90 110 150 300 Средний Относительное диаметр стандартное отячеек, мкм клонение ,0,60 37 0,65 31 0,75 12 2,40 20 2,70 19 2,55 20 7,55 35 АСМ-изображение микросеток, сформированных из нитроцеллюлозы со средней степенью полимеризации 30 (а) и 300 (б) Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4