Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a ...
Download
1 / 15

MTA Atomki, Debrecen - PowerPoint PPT Presentation


  • 88 Views
  • Uploaded on

Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban. TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024. Szilasi Szabolcs. Témavezetők: Dr. Rajta István Dr. Kiss Árpád Zoltán. MTA Atomki, Debrecen. PhD védés, 2012. szeptember 25.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' MTA Atomki, Debrecen' - tait


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Protonnyaláb okozta fizikai és kémiai változások vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024.

Szilasi Szabolcs

Témavezetők:

Dr. Rajta István

Dr. Kiss Árpád Zoltán

MTA Atomki, Debrecen

PhD védés, 2012. szeptember 25.


Bevezet s
Bevezetés vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

  • Protonnyalábos mikromegmunkálás (Proton Beam Writing, PBW)

  • Viszonylag új (1993, Oxford), direkt írásos, háromdimenziós litográfiás eljárás

  • Világszerte ~10 laboratórium, kiemelkedő: Szingapúri Egyetem - Center of Ion Beam Applications (CIBA)

  • Pásztázó ionmikroszonda laboratóriumokban használják, kereskedelmi forgalomban még nem kapható PBW célberendezés

  • Magyarországon: 2002-től, azóta is egyedüliként az Atomkiban

  • Először TDK-sként, majd diplomamunkásként kapcsolódtam be, később mint PhD hallgató

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 2


Pbw bemutat sa
PBW bemutatása vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

A proton behatol a céltárgyba.

A részecske által bejárt pálya mentén fizikai és kémiai változások történnek.

Az anyag szerkezete lokálisan megváltozik.

A kialakuló változások mértéke függ az anyagi minőségtől és a besugárzás paramétereitől.

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 3


Doktori munk m sor n
Doktori munkám során vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

Poli(metil-metakrilát)-ban (PMMA) és poli(dimetil-sziloxán)-ban (PDMS) protonokkal történő besugárzás hatására kialakuló fizikai és kémiai változások vizsgálatával foglalkoztam. Fontos volt számomra a gyakorlati alkalmazási lehetőségek keresése, bemutatása.

PMMA

Törésmutató-változás mélységfüggésének vizsgálata

Kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata

PDMS

A törésmutató-változás mélységfüggésének vizsgálata

Kémiai változások vizsgálata

Mintafelszín topográfiájának változásai

Eredmények alkalmazása, optikai elemek létrehozása

Optikai hullámvezető kialakítása, fényvezetés igazolása

Optikai rácsok és Fresnel-féle zónalemezek létrehozása

Domború mikrolencse kialakítása

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 4


Atomki vdg 5
Atomki VdG-5 vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 5


Pmma k miai v ltoz sok m lys gf gg s nek vizsg lata

6.25×10 vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban13 proton/cm2, 2 MeV, ~83 m

PMMA – kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata

Mivel egy ion lassulása közben változó mennyiségű energiát ad át a közegnek, ezért feltehetőleg a pályája mentén felszakadó kötések száma sem állandó.

FTIR

Transzmissziós

Reflexiós (ATR)

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 6


Pmma k miai v ltoz sok m lys gf gg s nek vizsg lata1

Pontmérés vizsgálata polimerekben és alkalmazásaik a protonnyalábos mikromegmunkálásban

Vonal pásztázás

PMMA – kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata

Raman

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 7


Pmma k miai v ltoz sok m lys gf gg s nek vizsg lata2
PMMA – kémiai változások mélységfüggésének vizsgálata

Mélységi kémiai vizsgálatok

FTIR

Raman

Pontmérés

Vonal pásztázás

ATR

Transzmissziós

S.Z. Szilasi, R. Huszank, D. Szikra, T. Váczi, I. Rajta, I. Nagy, Chemical changes in PMMA as a function of depth due to proton beam irradiation, Materials Chemistry and Physics 130 (2011) 702– 707.

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 8


Pdms t r smutat v ltoz s m lys gi profilj nak vizsg lata

~2 vizsgálatam2 m, 9.38  1014 cm-2 (1500 nC/mm2 )

hullámvezetők

létrehozása

PDMS - törésmutató változás mélységi profiljának vizsgálata

Al abszorbensek, 1,265 – 2,000 MeV proton, 1,25×1015 proton/cm2 (2000 nC/mm2)

Demonstráció, alkalmazás

S. Z. Szilasi, J. Budai, Z. Pápa, R. Huszank, Z. Tóth, I. Rajta, Refractive index depth profile and its relaxation in polydimethylsiloxane (PDMS) due to proton irradiation, Materials Chemistry and Physics (2011) 370 - 374

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 9


Pdms topogr fia f zisv ltoz s vizsg lata

Keresztmetszet vizsgálata

Keresztmetszet

y=a-bcx aszimptotikus függvény

elérhető legnagyobb besüllyedés meghatározása

PDMS – topográfia, fázisváltozás vizsgálata

Kompaktálódás

Topográfia és fázisváltozás kapcsolata

Különböző vonalszélesség/periódus arányú vonalak

S.Z. Szilasi, J. Kokavecz, R. Huszank, I. Rajta, Compaction of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) due to proton beam irradiation, Applied Surface Science 257 (2011) 4612–4615

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 11


Pdms dombor mikrolencs k l trehoz sa kompakt l d ssal
PDMS – domború mikrolencsék létrehozása kompaktálódással

AFM képek

15, 30, 60, 100, 200 m belső átmérőjű körgyűrűk besugárzása 1500 nC/mm2 = 9,38×1014 proton/cm2

Lencseméretek

Lencse profil

Fókusztávolságok

S.Z. Szilasi, N. Hegman, A. Csik, I. Rajta, Creation of convex microlenses in PDMS with focused MeV ion beam, Microelectronic Engineering 88 (2011) 2885–2888

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 12


Sszefoglal s
Összefoglalás kompaktálódással

  • PMMA és PDMS polimerek optikai tulajdonságainak megváltozását vizsgáltam különböző hullámhosszakon a 2 MeV-es protonok behatolási mélységének függvényében. Kimutattam, hogy a besugárzás hatására kialakult törésmutató változás szorosan összefügg a protonok energiaveszteségével. Az eredményeim demonstrációjaként optikai eszközöket hoztam létre proton mikronyalábbal PDMS-ben.

  • PMMA és PDMS polimerekben protonokkal történő besugárzás hatására kialakuló kémiai változásokat vizsgáltam a protonok behatolási mélységének függvényében. Kimutattam, hogy a besugárzás hatására kialakult kémiai változás szorosan összefügg a protonok energiaveszteségével. PMMA esetében meghatároztam a bekövetkező kompaktálódás mértékét a mélység függvényében

  • Vizsgáltam PDMS felszínének topográfiai változásait 2 MeV energiájú proton mikronyaláb hatására. Megmutattam, hogy a PDMS felszínének topográfiája hogyan függ a besugárzás bizonyos paramétereitől. Az eredményeim alapján mikrooptikai eszközöket készítettem és vizsgáltam.

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 13


A disszert ci hoz tartoz k zlem nyek
A disszertációhoz tartozó közlemények kompaktálódással

1. I. Rajta, S.Z. Szilasi, J. Budai, Z. Tóth, P. Petrik, E. Baradács, Refractive index depth profile in PMMA due to proton irradiation, Nucl. Instr.Meth. in Phys. Res. B 260 (2007) 400–404, IF: 0,997. F.len hivatkozások száma: 7.

2. S. Z. Szilasi, J. Budai, Z. Pápa, R. Huszank, Z. Tóth, I. Rajta, Refractive index depth profile and its relaxation in polydimethylsiloxane (PDMS) due to proton irradiation, Mat. Chem. Phys. (2011) 370-374, IF: 2,353.

3. R. Huszank, S.Z. Szilasi, I. Rajta, A. Csik, Fabrication of optical devices in poly(dimethyl-siloxane) by proton microbeam, Optics Communications 283 (2010) 176–180, IF:1,517. F.len hivatkozások száma: 1

4. S.Z. Szilasi, R. Huszank, D. Szikra, T. Váczi, I. Rajta, I. Nagy, Chemical changes in PMMA as a function of depth due to proton beam irradiation, Mat. Chem. Phy. 130 (2011) 702– 707., IF: 2,353. F.len hivatkozások száma: 1.

5. S.Z. Szilasi, J. Kokavecz, R. Huszank, I. Rajta, Compaction of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) due to proton beam irradiation, Appl. Surf. Sci. 257 (2011) 4612–4615, IF:1,793.

6. S.Z. Szilasi, N. Hegman, A. Csik, I. Rajta, Creation of convex microlenses in PDMS with focused MeV ion beam, Microel. Eng. 88 (2011) 2885–2888, IF:1,569.

(7. R. Huszank, S.Z. Szilasi, D. Szikra, Deposited energy dependent chemical processes in poly(dimethylsiloxane) induced by 2.0 MeV H+ irradiation, Beküldés alatt)

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 14


Egy b k zlem nyek
Egyéb közlemények kompaktálódással

8. Szilasi S.Z., Baradács E., Daruka I., Raics P., Cserháti Cs., Dobos E., Rajta I.: PMMA melting under proton beam exposure. Nucl. Instr.Meth. B 231 (2005) 419

9. Szilasi S.Z., Huszank R., Csik A., Cserháti C., Rajta I.: PDMS patterning by proton beam, Nucl. Instr.Meth. B 267 (2009) 2296

10. Rajta I., Szilasi S.Z., Fürjes P., Fekete Z., Dücső Cs., Si Micro-turbine by Proton Beam Writing and Porous Silicon Micromachining, Nucl. Instr.Meth. B 267 (2009) 2292

11. Huszank R., Szilasi S.Z., Vad K., Rajta I., Fabrication of a microreactor by proton beam writing technique, Nucl. Instr.Meth. in Phys. Res. B 267 (2009) 2299

12. Rajta I., Gál G. A. B., Szilasi S.Z., Juhász Z.,Biri S., Mátéfi-Tempfli M., Mátéfi-Tempfli S., Nanochannel alignment analysis by scanning transmission ion microscopy, Nanotechnology21 (2010) 295704

13. Huszank R., Szikra D., Simon A., Szilasi S.Z., I. P. Nagy, 4He+ Ion Beam Irradiation Induced Modification of Poly(dimethylsiloxane). Characterization by Infrared Spectroscopy and Ion Beam Analytical Techniques, Langmuir 27 (2011) 3842 – 3848

14. Gál G.A.B., Rajta I., Szilasi S.Z., Juhász Z., Biri S., Cserháti C., Csik A., Sulik B., Scanning transmission ion microscopy of polycarbonate nanocapillaries, Nucl. Instr.Meth. B (2011) 2322-2325

15. Juhász Z., Kovács S.T.S., Herczku P., Rácz R., Biri S., Rajta I., Gál G.A.B., Szilasi S.Z., Pálinkás J., Sulik B., Guided transmission of 3 keV Ar7+ ions through dense polycarbonate nanocapillary arrays: Blocking effect and time dependence of the transmitted neutrals, Nucl. Instr.Meth. B 279 (2012) 177–181


K sz netnyilv n t s
Köszönetnyilvánítás kompaktálódással

Köszönettel tartozom mindenkinek, aki segített, közreműködött, bármilyen módon hozzájárult e dolgozat vagy a benne foglalt eredmények megszületéséhez!

Külön megköszönöm témavezetőmnek, Dr. Rajta Istvánnak, hogy lehetővé tette a kutatási programom megvalósítását, és hogy a kezdetektől fogva segítette, támogatta munkámat!

Köszönetet mondok Dr. Kiss Árpád Zoltán professor emeritusnak, kezdeti témavezetőmnek a sok hasznos tanácsért, megjegyzésért, és hogy szorgalmazta a dolgozatom megírását.

Köszönöm a kutatásaim során született cikkek társszerzőinek az elvégzett munkájukat, tanácsaikat, segítségüket. Nagyszerű szakembereket ismerhettem meg személyükben, igazi élmény volt velük együtt dolgozni!

Nem utolsó sorban hálával tartozom családomnak, mert mindvégig támogattak és biztosították a munkámhoz szükséges nyugodt hátteret, ami nélkül ez a dolgozat bizonyára meg sem születhetett volna.

A publikáció/prezentáció/poszter elkészítését a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024 számú projekt támogatta. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

2012. Szeptember 25. Szilasi Sz. – Ph.D. védés 16


ad