사례 연구들: 매사츄세츠(Massachusetts) 대학 고분자 과학 공학 부서

"우리가 30분안에 했던 것은 x-lay 실험실에서는 하루 종일 걸렸을지도 모른다."

- 매사추세츠대학교 고분자 과학 및 공학부, Thomas P. Russell 교수, Silvio O. Conte 교수

새로운 고분자 표면 테스트는 새로운 측정 방법을 필요로 합니다.

매사추세츠대학의 연구원들은 10년 동안 고분자 분야에서 고심했던 문제들를 정면으로 해결 하기를 원했습니다 : 매우 작은 고분자 필름들의 유리 전이온도는 무엇인지 그리고 그것은 고전적인 bulk 값으로부터 크게 차이가 있습니까? 이러한 질문은 Tom Russell 교수, Post Doctoral 동료인 Dr. Haiyun Lu, 그리고 졸업생 Wei Chen에 의해 연구 되었습니다. 그들의 특이한 접근은 실리콘 웨이퍼와 같은 기판에 더 이상 국한 되지 않은 특별한 이온성의 액체로, 유체 위에 떠있는 필름들의 열 관찰(가열/냉각) 들을 하는 것 이었습니다.

그러나 그들은 다음의 질문에 직면 했습니다: 이렇게 도전할만한 필름들의 두께측정은 어떻게 하는가? 그들은 타원편광분석기(spectroscopic Ellipsometry) 뿐만 아니라 대학의 X-ray 반사계를 이용하는 것을 고려 했습니다. 그러나, 이 방법들은 수 밀리미터에서 수 센치미터 폭의 샘플 조차 필요로 하며 데이터 습득시간(특히 x-ray)은 그룹 고분자 시스템의 역동성에 비해 너무 느렸습니다.

스펙트럼 반사는 빠르고 경제적인 측정을 제공 합니다.

놀랍게도, 이러한 테스트 도전에 대한 답은 저렴하고 측정에 가장 좋은 솔루션으로 증명이 되었습니다: 분광 반사율. 단지 1.5mm 스팟(spot) 사이즈를 필요로 하는 스펙트럼 반사는 데이터 습득시간은 1초 보다도 훨씬 적게 걸립니다.

Lu 박사에 의하면 분광 반사율 측정을 수행하기 위해서 UMass 그룹은 테스트 기술에 대한 선택을 하였으나 모두 한계를 가졌다고 합니다. "그녀는 “x-ray 반사도는 상온에서는 유용한 결과를 제공했으나 온도가 상승할 때 유동레벨들과 필름 두께는 변했고, 측정 시간이 많이 소비되며 덜 정확했다”라고 설명했습니다. 대신에, UMass group은 이온화 액체와 균일하게 고분자 필름에 열을 가하기 위해서 그룹에 의해 설계된 열스테이지(thermal stage)를 Filmetrics F20-UV 장비와 결합해서 사용 했습니다. F20-UV 솔루션은 이번 연구에 가장 이상적인 선택이었습니다, 왜냐하면 다양한 테스트 미디어와 매우 빠른 테스트 시간(전형적으로 1/1000 초)으로 매우 작은 박막을 측정하는 능력들을 제공하기 때문입니다. " Filmetrics 의 박막 측정 시스템은 매우 쉽고 빠르다" Dr. Lu박사는 언급 했습니다.

Filmetrics는 또한 가장 올바른 실험 조건을 만들도록 테스트 환경을 설정하는데 UMaas 그룹에 컨설팅 지원을 제공 했습니다. "우리는 Filmetrics로부터 우리의 고유한 테스트 요건으로 시스템을 적용하는데 유용한 기술 지원을 많이 받았습니다." 라고 Lu 박사는 게재 하였습니다

중요,게재된 연구결과

Filmetrics F20-UV 장비에 의해 수행된 고분자 두께 측정은 그들이 찾았던 데이터를 UMass 그룹에 제공 했습니다: 그들의 Bulk 유리 전이 온도 위로 폴리머 필름이 가열될 때 어떻게 필름 두께가 변하는가. (그림 1)프로젝트 결과는 저널 기사에 게재 되어졌습니다.고분자(Macromolecules).

Filmetrics 설비는 또한 그룹이 다른 테스트 방법에 비해 훨씬 적은 시간과 노력으로 테스트를 완료하도록 합니다. "우리가 반시간에 측정 했던 것은 x-ray 실험실에서는 하루 종일 걸렸을 것이다" 라고 Russell 박사는 언급 하였습니다.

고분자 필름 연구에 경제적인 솔루션

현재 3대의 Filmetrics F20 장비를 소유한 그 부서는 다음과 같은 프로젝트들을 위해 교수, 졸업생, 박사 동료들에 의해 사용되고 있습니다:

• 고분자 과학 및 엔지니어링 부서 구성원들을 위한 “quick ”, “wake-up” 측정들
• 다양한 국가 단체들에서(x-ray 빔 라인)solvent-swollen 고분자 필름의 동시 GISAXS/SR 연구
• 고분자 필름에서 주름 완화의(wrinkle relaxation)파라미터 측정

" F20-UV으로 테스트 하는 것에 관하여 학생과 동료에게 언급 할 때,“ 나는 필름이 투명하든 불투명하든 그 필름의 두께와 굴절률에 대해서 묻습니다”. 라고 Lu박사는 언급 하였습니다. "이러한 요소들은 F20-UV이 그들의 측정을 위한 올바른 장비인지 아닌지 결정하도록 도와 줍니다."

Massachusetts 대학의 연구진들에게는 그들의 연구에서 Filmetrics F20-UV 장비는 필름 측정이 빠르고, 쉽게 사용하며, 저비용 솔루션으로 입증 되었습니다. 더불어, Filmetrics 애플리케이션 엔지니어에 의해 제공하는 전문가 기술 도움이 연구진들이 최첨단 결과를 만드는데 올바른 테스트 셋업을 하도록 도와 줍니다.