مروری بر وابستگی انرژی آزاد سطح به ضخامت در فیلم‌ های نازک پلیمری

در سالیان اخیر، فیلم های پلیمری پوشش یافته روی سطوح جامد در صنایع مختلف از جمله پوشش ها، چسب ها، غشاها، حسگرها و غیره کاربرد گسترده ای یافته اند. از آنجا که با نازک ترشدن فیلم تاثیر سطوح مشترک افزایش می یابد، بنابراین مشاهده شده است، ساختار و خواص فیلم های با ضخامت های حدود زیر nm 100، از جمله خواص سطحی مانند انرژی آزاد سطح، نسبت به توده پلیمر دست خوش تغییرهای درخور توجهی می شوند. با توجه به اینکه انرژی ‌آزاد ‌سطح ‌از عوامل‌ کنترل کننده‌ و‌ اثرگذار ‌بر‌ بسیاری ‌از ‌فرایندهای ‌صنعتی ‌و‌ پدیده های علمی ‌نظیر‌ جذب ‌سطحی، ترشوندگی، روان سازی ‌و‌ غیره در پلیمرها به‌ شمار‌ می رود، بنابراین در مقاله حاضر، عوامل موثر بر تغییر انرژی آزاد سطح فیلم های بسیار نازک پلیمری با تغییر ضخامت فیلم بررسی شده است.‌ با مطالعه پژوهش های انجام شده در حوزه تغییر انرژی آزاد سطح فیلم های بسیارنازک با ضخامت، می توان به دو عامل مهم اشاره کرد. نخست، نیروهای بلنددامنه ای که از سوی زیرلایه بر زنجیرها و نیز قطره قرارگرفته روی سطح فیلم، به منظور اندازه گیری زاویه تماس، اثر می گذارند. دوم، افزایش اتصا ل های فیزیکی زنجیرها با زیرلایه که در ضخامت های حدود دو تا سه برابر شعاع ژیراسیون زنجیرها محدودیت هایی را برای تحرک آن ها به وجود می آورد. اثر اندازه محدود و افزایش نقاط اتصال زنجیرها با زیرلایه، در کنار درهم تنیدگی های درون و بین مولکولی می توانند به شدت بر صورت بندی قطعه های پلیمر در فیلم های نازک اثر بگذارند که با افزایش ضخامت به تدریج تاثیر این اتصال ها غربال می شود.

a review on thickness dependence of surface free energy in ultrathin polymer films

in recent years, thin and ultrathin polymer films coated on solid surfaces have been widely used in various industries such as coatings, adhesives, membranes, sensors, etc. however, as the film becomes thinner, the effect of the interfaces increases, so that in thicknesses below 100 nm, the structure and properties of such ultrathin films, including surface properties such as surface free energy, undergo significant changes relative to the bulk of the same polymer. considering the importance of surface free energy as a controlling factor in many industrial and theoretical phenomena such as adsorption, wettability, lubrication, etc. in polymers, this article aims to review the changes in surface free energy of ultrathin polymer films with changing their thicknesses. two main factors have been identified in the literatures for surface free energy changes with changing films thicknesses in ultrathin polymer films. first, the long-range forces acting on the chains from the substrate as well as on the droplet placed on the film surface in order to measure the contact angle, and second, the finite size effect that in thicknesses comparable to the gyration radius of polymer chains, along with the intra- and intermolecular entanglements, can strongly affect the conformation of polymer segments as well as the chain mobility in ultrathin films which are slightly screening out with increasing the film thickness.