पॉलिमर ब्रश: Difference between revisions
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[[File:Polymer brush (SCHEMATIC) V1.svg|thumb|100px|प्रारूप पॉलिमर ब्रश]]'''पॉलिमर ब्रश''' सतह कोटिंग के लिए दिया गया नाम है जिसमें [[ पॉलीमर |पॉलीमर]] सतह पर जुड़े होते हैं।<ref name="Milner">{{cite journal | last1 = Milner | first1 = S. T. | title = पॉलिमर ब्रश| journal = Science | volume = 251 | issue = 4996 | pages = 905–14 | date = 1991 | pmid = 17847384 | doi = 10.1126/science.251.4996.905|bibcode = 1991Sci...251..905M }}</ref> ब्रश या तो सॉल्वेटेड अवस्था में हो सकता है, जहां टेथर्ड परत में पॉलीमर और सॉल्वेंट होते हैं, या पिघली हुई अवस्था में, जहां टीथर्ड चेन पूर्ण रूप से उपलब्ध स्थान को भर देती है। इन पॉलिमर परतों को फ्लैट सबस्ट्रेट्स जैसे कि सिलिकॉन वेफर्स, या अत्यधिक घुमावदार सबस्ट्रेट्स जैसे नैनोकणों से जोड़ा जा सकता है। इसके अतिरिक्त, पॉलिमर को उच्च घनत्व में एकल पॉलिमर श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है, चूँकि इस व्यवस्था को सामान्यतः [[बहुलक बोतल ब्रश|पॉलिमर बोतल ब्रश]] का नाम दिया जाता है।<ref name="Chremos">{{cite journal | last1 = Chremos | first1 = A | last2 = Douglas | first2 = JF | title = स्टार और रिंग पॉलीमर मेल्ट्स के साथ बॉटलब्रश के थर्मोडायनामिक, कंफॉर्मल और स्ट्रक्चरल गुणों का तुलनात्मक अध्ययन| journal = J. Chem. Phys. | volume = 149 | issue = 4 | pages = 044904 | date = 2018 | doi=10.1063/1.5034794| pmid = 30068167 | bibcode = 2018JChPh.149d4904C }}</ref> इसके अतिरिक्त, [[पॉलीइलेक्ट्रोलाइट]] ब्रश का भिन्न वर्ग होता है, जब पॉलिमर श्रृंखलाएं स्वयं इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेशित करती हैं। | |||
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ब्रश प्रायः ग्राफ्टेड चेन के उच्च घनत्व की विशेषता होती है। सीमित स्थान तब जंजीरों के जटिल विस्तार की ओर ले जाता है। [[कोलाइड]] को स्थिर करने, सतहों के मध्य घर्षण को कम करने और कृत्रिम जोड़ों में स्नेहन प्रदान करने के लिए ब्रश का उपयोग किया जा सकता है।<ref name="Halperin">{{cite book | last1 = Halperin | first1 = A. | title = Macromolecules: Synthesis, Order and Advanced Properties | last2 = Tirrell | first2 = M. | last3 = Lodge | first3 = T. P. | chapter = Tethered chains in polymer microstructures | volume = 100/1 | pages = 31–71 | date = 1992 | doi = 10.1007/BFb0051635 | series = Advances in Polymer Science | isbn = 978-3-540-54490-6 }}</ref> | |||
पॉलिमर ब्रश को आणविक गतिशीलता, मोंटे कार्लो विधियों, [[ब्राउनियन गतिकी]] सिमुलेशन, और आणविक सिद्धांतों के साथ तैयार किया गया है।<ref name="Chremos" /><ref name="Laradji">{{cite journal | last1 = Laradji | first1 = Mohamed | last2 = Guo | first2 = Hong | last3 = Zuckermann | first3 = Martin | title = अच्छे सॉल्वैंट्स में पॉलिमर ब्रश का ऑफ-जाली मोंटे कार्लो सिमुलेशन| journal = Physical Review E | volume = 49 | issue = 4 | pages = 3199–3206 | date = 1994 | doi = 10.1103/PhysRevE.49.3199| pmid = 9961588 |bibcode = 1994PhRvE..49.3199L }}</ref><ref name="Kaznessis">{{cite journal | last1 = Kaznessis | first1 = Yiannis N. | last2 = Hill | first2 = Davide A. | last3 = Maginn | first3 = Edward J. | title = ध्रुवीय पॉलिमर ब्रश की आणविक गतिशीलता सिमुलेशन| journal = Macromolecules | volume = 31 | issue = 9 | pages = 3116–3129 | date = 1998 | doi = 10.1021/ma9714934 |bibcode = 1998MaMol..31.3116K | citeseerx = 10.1.1.465.5479 }}</ref><ref name="Szleifer">{{cite book | last1 = Szleifer | first1 = I | last2 = Carignano | first2 = MA | title = टेथर्ड पॉलिमर परतें| journal = Adv. Chem. Phys. | volume = XCIV | pages = 165 | date = 1996 | isbn = 978-0-471-19143-8 | doi=10.1002/9780470141533.ch3}}</ref> | |||
== संरचना == | == संरचना == | ||
[[File:Tethered polymer chain.svg|thumb|300px| | [[File:Tethered polymer chain.svg|thumb|300px|ब्रश के भीतर पॉलिमर अणु ड्राइंग अटैचमेंट पॉइंट से घटती हुई चेन विस्तारित को दिखाती है और फ्री एंड पर विलुप्त हो जाती है। ब्लॉब्स, मंडलियों के रूप में योजनाबद्ध, (स्थानीय) लंबाई के पैमाने का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिस पर श्रृंखला के आंकड़े 3डी [[यादृच्छिक चाल|यादृच्छिक गति]] (छोटी लंबाई के पैमाने पर) से 2डी इन-प्लेन रैंडम वॉक और 1डी सामान्य निर्देशित वॉक (बड़े पैमाने पर) में परिवर्तित होते हैं। ]]ब्रश के भीतर पॉलिमर अणु निकट की सतह से दूरस्थ हो जाते हैं, इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि वे दूसरे को पीछे विस्थापित करते हैं (स्टेरिक प्रतिकर्षण या आसमाटिक दबाव)। अधिक त्रुटिहीन रूप से,<ref name="MWC88">{{cite journal | last1 = Milner | first1 = S. T | last2 = Witten | first2 = T. A | last3 = Cates | first3 = M. E | title = ग्राफ्टेड पॉलिमर के लिए एक परवलयिक घनत्व प्रोफ़ाइल| journal = Europhysics Letters (EPL) | volume = 5 | issue = 5 | pages = 413–418 | date = 1988 | doi = 10.1209/0295-5075/5/5/006|bibcode = 1988EL......5..413M }}</ref> अटैचमेंट पॉइंट के निकट अधिक लम्बी होती हैं और मुक्त सिरे पर बिना खींची हुई होती हैं, जैसा कि चित्र में दर्शाया गया है। | ||
अधिक | अधिक त्रुटिहीन रूप से, मिलनर, विट्टन, केट्स द्वारा प्राप्त समीप के भीतर,<ref name="MWC88" />किसी दी गई श्रृंखला में सभी मोनोमर्स का औसत घनत्व सदैव प्रीफैक्टर तक समान होता है: | ||
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सूखे ब्रश में कुछ ऊंचाई तक | |||
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उपरोक्त मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल <math>n(z,\rho)</math> | जहाँ <math>a</math> मोनोमर आकार है। | ||
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अंत मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल | |||
अंत मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल को ध्यान दिए बिना <math>\epsilon(\rho)</math>, के रूप में दिखाया गया।<ref>{{cite journal|last1=Zhulina|first1=E.B.|last2=Borisov|first2=O.V.|title=एक बहुलक माध्यम में ग्राफ्टेड बहुलक परतों की संरचना और स्थिरीकरण गुण|journal=Journal of Colloid and Interface Science|date=July 1991|volume=144|issue=2|pages=507–520|doi=10.1016/0021-9797(91)90416-6|bibcode=1991JCIS..144..507Z}}</ref><ref name="Gay1997">{{cite journal | last1 = Gay | first1 = C. | title = रासायनिक रूप से समान बहुलक पिघल कर एक बहुलक ब्रश का गीला होना| journal = Macromolecules | volume = 30 | issue = 19 | pages = 5939–5943 | date = 1997 |bibcode = 1997MaMol..30.5939G |doi = 10.1021/ma970107f }}</ref> | |||
== सूखे ब्रश से किसी ब्रश तक == | == सूखे ब्रश से किसी ब्रश तक == | ||
परिणामस्वरूप,<ref name="Gay1997" />किसी भी ब्रश की संरचना घनत्व प्रोफ़ाइल प्रोफ़ाइल से प्राप्त की जा सकती है <math>\phi(z)</math>. वास्तव में, फ्री एंड डिस्ट्रीब्यूशन डेंसिटी प्रोफाइल का कनवल्शन है, जिसमें ड्राई ब्रश का फ्री एंड डिस्ट्रीब्यूशन होता है: | |||
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तदनुसार, ब्रश | तदनुसार, ब्रश मुक्त ऊर्जा द्वारा दिया जाता है: | ||
<math>\frac{F_{\rm el}}{kT}=\frac{\pi^2}{24N^2a^5}\int_0^\infty\left\{-z^3\frac{{\rm d}\phi(z)}{{\rm d}z}\right\}{\rm d}z</math>. | <math>\frac{F_{\rm el}}{kT}=\frac{\pi^2}{24N^2a^5}\int_0^\infty\left\{-z^3\frac{{\rm d}\phi(z)}{{\rm d}z}\right\}{\rm d}z</math>. | ||
इस पद्धति का उपयोग | इस पद्धति का उपयोग प्रजाति के पॉलिमर ब्रशों के गीले गुणों को प्राप्त करने के लिए किया गया है<ref name="Gay1997" />और सह-पॉलिमर पटलिकाओं के मध्य सूक्ष्म अंतःप्रवेश विषमताओं का अध्यन करने के लिए <ref name="Leibler99asym">{{cite journal | last1 = Leibler | first1 = L | last2 = Gay | first2 = C | last3 = Erukhimovich | first3 = I | title = गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक कॉपोलीमर लैमेलर सिस्टम के अस्तित्व के लिए शर्तें| journal = Europhysics Letters (EPL) | volume = 46 | issue = 4 | pages = 549–554 | date = 1999 | doi=10.1209/epl/i1999-00277-9|bibcode = 1999EL.....46..549L }}</ref>अधिक असामान्य गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक [[लैमेलर संरचना|लैमेलर संरचनाएं]] उत्पन्न हो सकती हैं।<ref name="Goldacker99">{{cite journal | last1 = Goldacker | first1 = T | last2 = Abetz | first2 = V | last3 = Stadler | first3 = R | last4 = Erukhimovich | first4 = I | last5 = Leibler | first5 = L | title = ब्लॉक कॉपोलिमर मिश्रणों में गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक सुपरलैटिस| journal = Nature | volume = 398 | pages = 137 | date = 1999 |bibcode = 1999Natur.398..137G |doi = 10.1038/18191 | issue=6723}}</ref> | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
पॉलिमर ब्रश का उपयोग क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण में किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last=Lundy|first=Ross|last2=Yadav|first2=Pravind|last3=Selkirk|first3=Andrew|last4=Mullen|first4=Eleanor|last5=Ghoshal|first5=Tandra|last6=Cummins|first6=Cian|last7=Morris|first7=Michael A.|date=2019-09-17|title=Optimizing Polymer Brush Coverage To Develop Highly Coherent Sub-5 nm Oxide Films by Ion Inclusion|journal=Chemistry of Materials|volume=31|issue=22|pages=9338–9345|doi=10.1021/acs.chemmater.9b02856|issn=0897-4756}}</ref> क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण | पॉलिमर ब्रश का उपयोग क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण में किया जा सकता है।<ref>{{Cite journal|last=Lundy|first=Ross|last2=Yadav|first2=Pravind|last3=Selkirk|first3=Andrew|last4=Mullen|first4=Eleanor|last5=Ghoshal|first5=Tandra|last6=Cummins|first6=Cian|last7=Morris|first7=Michael A.|date=2019-09-17|title=Optimizing Polymer Brush Coverage To Develop Highly Coherent Sub-5 nm Oxide Films by Ion Inclusion|journal=Chemistry of Materials|volume=31|issue=22|pages=9338–9345|doi=10.1021/acs.chemmater.9b02856|issn=0897-4756}}</ref> क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण पूर्वनिर्मित सतह पर सामग्री की स्थितीय स्व-संरेखण के लिए आशाजनक तकनीक है। | ||
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Latest revision as of 12:35, 30 October 2023
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पॉलिमर ब्रश सतह कोटिंग के लिए दिया गया नाम है जिसमें पॉलीमर सतह पर जुड़े होते हैं।[1] ब्रश या तो सॉल्वेटेड अवस्था में हो सकता है, जहां टेथर्ड परत में पॉलीमर और सॉल्वेंट होते हैं, या पिघली हुई अवस्था में, जहां टीथर्ड चेन पूर्ण रूप से उपलब्ध स्थान को भर देती है। इन पॉलिमर परतों को फ्लैट सबस्ट्रेट्स जैसे कि सिलिकॉन वेफर्स, या अत्यधिक घुमावदार सबस्ट्रेट्स जैसे नैनोकणों से जोड़ा जा सकता है। इसके अतिरिक्त, पॉलिमर को उच्च घनत्व में एकल पॉलिमर श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है, चूँकि इस व्यवस्था को सामान्यतः पॉलिमर बोतल ब्रश का नाम दिया जाता है।[2] इसके अतिरिक्त, पॉलीइलेक्ट्रोलाइट ब्रश का भिन्न वर्ग होता है, जब पॉलिमर श्रृंखलाएं स्वयं इलेक्ट्रोस्टैटिक आवेशित करती हैं।
ब्रश प्रायः ग्राफ्टेड चेन के उच्च घनत्व की विशेषता होती है। सीमित स्थान तब जंजीरों के जटिल विस्तार की ओर ले जाता है। कोलाइड को स्थिर करने, सतहों के मध्य घर्षण को कम करने और कृत्रिम जोड़ों में स्नेहन प्रदान करने के लिए ब्रश का उपयोग किया जा सकता है।[3]
पॉलिमर ब्रश को आणविक गतिशीलता, मोंटे कार्लो विधियों, ब्राउनियन गतिकी सिमुलेशन, और आणविक सिद्धांतों के साथ तैयार किया गया है।[2][4][5][6]
संरचना
ब्रश के भीतर पॉलिमर अणु ड्राइंग अटैचमेंट पॉइंट से घटती हुई चेन विस्तारित को दिखाती है और फ्री एंड पर विलुप्त हो जाती है। ब्लॉब्स, मंडलियों के रूप में योजनाबद्ध, (स्थानीय) लंबाई के पैमाने का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिस पर श्रृंखला के आंकड़े 3डी यादृच्छिक गति (छोटी लंबाई के पैमाने पर) से 2डी इन-प्लेन रैंडम वॉक और 1डी सामान्य निर्देशित वॉक (बड़े पैमाने पर) में परिवर्तित होते हैं।
ब्रश के भीतर पॉलिमर अणु निकट की सतह से दूरस्थ हो जाते हैं, इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि वे दूसरे को पीछे विस्थापित करते हैं (स्टेरिक प्रतिकर्षण या आसमाटिक दबाव)। अधिक त्रुटिहीन रूप से,[7] अटैचमेंट पॉइंट के निकट अधिक लम्बी होती हैं और मुक्त सिरे पर बिना खींची हुई होती हैं, जैसा कि चित्र में दर्शाया गया है।
अधिक त्रुटिहीन रूप से, मिलनर, विट्टन, केट्स द्वारा प्राप्त समीप के भीतर,[7]किसी दी गई श्रृंखला में सभी मोनोमर्स का औसत घनत्व सदैव प्रीफैक्टर तक समान होता है:
जहाँ अंत मोनोमर की ऊंचाई है और प्रति श्रृंखला मोनोमर्स की संख्या है।
औसत घनत्व प्रोफ़ाइल सभी संलग्न श्रृंखलाओं के अंत मोनोमर्स के लिए उपरोक्त घनत्व प्रोफ़ाइल के साथ जटिल, ब्रश के घनत्व प्रोफ़ाइल को समग्र रूप से निर्धारित करता है:
सूखे ब्रश में कुछ ऊंचाई तक समान मोनोमर घनत्व होता है दिखा सकता है[8] कि संबंधित अंत मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल द्वारा दिया गया है:
जहाँ मोनोमर आकार है।
उपरोक्त मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल एकल श्रृंखला के लिए ब्रश की कुल लोचदार ऊर्जा को कम करता है,
अंत मोनोमर घनत्व प्रोफ़ाइल को ध्यान दिए बिना , के रूप में दिखाया गया।[9][10]
सूखे ब्रश से किसी ब्रश तक
परिणामस्वरूप,[10]किसी भी ब्रश की संरचना घनत्व प्रोफ़ाइल प्रोफ़ाइल से प्राप्त की जा सकती है . वास्तव में, फ्री एंड डिस्ट्रीब्यूशन डेंसिटी प्रोफाइल का कनवल्शन है, जिसमें ड्राई ब्रश का फ्री एंड डिस्ट्रीब्यूशन होता है:
.
तदनुसार, ब्रश मुक्त ऊर्जा द्वारा दिया जाता है:
.
इस पद्धति का उपयोग प्रजाति के पॉलिमर ब्रशों के गीले गुणों को प्राप्त करने के लिए किया गया है[10]और सह-पॉलिमर पटलिकाओं के मध्य सूक्ष्म अंतःप्रवेश विषमताओं का अध्यन करने के लिए [11]अधिक असामान्य गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक लैमेलर संरचनाएं उत्पन्न हो सकती हैं।[12]
अनुप्रयोग
पॉलिमर ब्रश का उपयोग क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण में किया जा सकता है।[13] क्षेत्र-चयनात्मक निक्षेपण पूर्वनिर्मित सतह पर सामग्री की स्थितीय स्व-संरेखण के लिए आशाजनक तकनीक है।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Milner, S. T. (1991). "पॉलिमर ब्रश". Science. 251 (4996): 905–14. Bibcode:1991Sci...251..905M. doi:10.1126/science.251.4996.905. PMID 17847384.
- ↑ 2.0 2.1 Chremos, A; Douglas, JF (2018). "स्टार और रिंग पॉलीमर मेल्ट्स के साथ बॉटलब्रश के थर्मोडायनामिक, कंफॉर्मल और स्ट्रक्चरल गुणों का तुलनात्मक अध्ययन". J. Chem. Phys. 149 (4): 044904. Bibcode:2018JChPh.149d4904C. doi:10.1063/1.5034794. PMID 30068167.
- ↑ Halperin, A.; Tirrell, M.; Lodge, T. P. (1992). "Tethered chains in polymer microstructures". Macromolecules: Synthesis, Order and Advanced Properties. Advances in Polymer Science. Vol. 100/1. pp. 31–71. doi:10.1007/BFb0051635. ISBN 978-3-540-54490-6.
- ↑ Laradji, Mohamed; Guo, Hong; Zuckermann, Martin (1994). "अच्छे सॉल्वैंट्स में पॉलिमर ब्रश का ऑफ-जाली मोंटे कार्लो सिमुलेशन". Physical Review E. 49 (4): 3199–3206. Bibcode:1994PhRvE..49.3199L. doi:10.1103/PhysRevE.49.3199. PMID 9961588.
- ↑ Kaznessis, Yiannis N.; Hill, Davide A.; Maginn, Edward J. (1998). "ध्रुवीय पॉलिमर ब्रश की आणविक गतिशीलता सिमुलेशन". Macromolecules. 31 (9): 3116–3129. Bibcode:1998MaMol..31.3116K. CiteSeerX 10.1.1.465.5479. doi:10.1021/ma9714934.
- ↑ Szleifer, I; Carignano, MA (1996). टेथर्ड पॉलिमर परतें. p. 165. doi:10.1002/9780470141533.ch3. ISBN 978-0-471-19143-8.
{{cite book}}:|journal=ignored (help) - ↑ 7.0 7.1 Milner, S. T; Witten, T. A; Cates, M. E (1988). "ग्राफ्टेड पॉलिमर के लिए एक परवलयिक घनत्व प्रोफ़ाइल". Europhysics Letters (EPL). 5 (5): 413–418. Bibcode:1988EL......5..413M. doi:10.1209/0295-5075/5/5/006.
- ↑ Milner, S. T; Witten, T. A; Cates, M. E (1989). "अंत-ग्राफ्टेड पॉलीमर ब्रश में पॉलीडिसपर्सिटी के प्रभाव". Macromolecules. 22 (2): 853–861. Bibcode:1989MaMol..22..853M. doi:10.1021/ma00192a057.
- ↑ Zhulina, E.B.; Borisov, O.V. (July 1991). "एक बहुलक माध्यम में ग्राफ्टेड बहुलक परतों की संरचना और स्थिरीकरण गुण". Journal of Colloid and Interface Science. 144 (2): 507–520. Bibcode:1991JCIS..144..507Z. doi:10.1016/0021-9797(91)90416-6.
- ↑ 10.0 10.1 10.2 Gay, C. (1997). "रासायनिक रूप से समान बहुलक पिघल कर एक बहुलक ब्रश का गीला होना". Macromolecules. 30 (19): 5939–5943. Bibcode:1997MaMol..30.5939G. doi:10.1021/ma970107f.
- ↑ Leibler, L; Gay, C; Erukhimovich, I (1999). "गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक कॉपोलीमर लैमेलर सिस्टम के अस्तित्व के लिए शर्तें". Europhysics Letters (EPL). 46 (4): 549–554. Bibcode:1999EL.....46..549L. doi:10.1209/epl/i1999-00277-9.
- ↑ Goldacker, T; Abetz, V; Stadler, R; Erukhimovich, I; Leibler, L (1999). "ब्लॉक कॉपोलिमर मिश्रणों में गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक सुपरलैटिस". Nature. 398 (6723): 137. Bibcode:1999Natur.398..137G. doi:10.1038/18191.
- ↑ Lundy, Ross; Yadav, Pravind; Selkirk, Andrew; Mullen, Eleanor; Ghoshal, Tandra; Cummins, Cian; Morris, Michael A. (2019-09-17). "Optimizing Polymer Brush Coverage To Develop Highly Coherent Sub-5 nm Oxide Films by Ion Inclusion". Chemistry of Materials. 31 (22): 9338–9345. doi:10.1021/acs.chemmater.9b02856. ISSN 0897-4756.
