Chemical degradation and morphological instabilities during focused ion beam prototyping of polymers

文献情報

出版日 2013-11-11
DOI 10.1039/C3CP54037E
インパクトファクター 3.676
著者

A. Orthacker, R. Schmied, B. Chernev, J. E. Fröch, R. Winkler, J. Hobisch, G. Trimmel


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要旨

Focused ion beam processing of low melting materials, such as polymers or biological samples, often leads to chemical and morphological instabilities which prevent the straight-forward application of this versatile direct-write structuring method. In this study the behaviour of different polymer classes under ion beam exposure is investigated using different patterning parameters and strategies with the aim of (i) correlating local temperatures with the polymers' chemistry and its morphological consequences; and (ii) finding a way of processing sensitive polymers with lowest chemical degradation while maintaining structuring times. It is found that during processing of polymers three temperature regimes can be observed: (1) at low temperatures all polymers investigated show stable chemical and morphological behaviour; (2) very high temperatures lead to strong chemical degradation which entails unpredictable morphologies; and (3) in the intermediate temperature regime the behaviour is found to be strongly material dependent. A detailed look reveals that polymers which rather cross-link in the proximity of the beam show stable morphologies in this intermediate regime, while polymers that rather undergo chain scission show tendencies to develop a creeping phase, where material follows the ion beam movement leading to instable and unpredictable morphologies. Finally a simple, alternative patterning strategy is suggested, which allows stable processing conditions with lowest chemical damage even for challenging polymers undergoing chain scission.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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