Organized Nanostructures of Thermoresponsive Poly(N-isopropylacrylamide) Block Copolymers Obtained Through Controlled RAFT Polymerization

Kontrolloidut radikaalipolymerointimenetelmät, kuten RAFT-polymerointi, ovat moderni tapa valmistaa polymeerejä säädellysti. RAFT-polymeroinnilla polymeerien ketjunpituutta, moolimassajakaumaa, mikrorakennetta (taktisuus, järjestys), koostumusta ja funktionaalisuutta kyetään hallitsemaan. Siten menetelmällä voidaan valmistaa uudenlaisia polymeeriarkkitektuureja, kuten blokki- ja tähtipolymeerejä, sekä hybridimateriaaleja ja biokonjugaatteja. Polymeeristen rakennuspalikoiden itsejärjestyminen, missä huolellisesti syntetisoidut polymeerit järjestyvät halutulla tavalla nanoskaalassa, on suosittu tutkimuskohde materiaalitieteessä. On huomattava, että blokkipolymeerien itsejärjestyminen on vielä suhteellisen nuori tutkimusaihe. Tämän hetkiset polymeeriset nanomateriaalit ovat suhteellisen yksinkertaisia luonnon luomuksiin verrattuina, tarjoten jatkuvasti uusia mahdollisuuksia seuraavan sukupolven polymeereille. Tässä työssä RAFT-polymeroinnilla syntetisoitiin amfifiilisiä di- ja triblokkikopolymeerejä sekä tutkittiin niiden järjestymistä nanorakenteiksi. Kaikissa blokkikopolymeereissä käytettiin lämpöherkkää poly(N-isopropyyliakryyliamidia). Siten polymeerit ja tutkitut materiaalit reagoivat lämpötilanmuutokseen ympäristössä eli ovat ns. ympäristöherkkiä. Työssä tutkittiin taktisuuden kontrollointia N-isopropyyliakryyliamidin RAFT-polymeroinnissa. Polymeerin taktisuutta sekä ketjunpituutta ja blokkijärjestystä säätämällä voitiin hallita polymeerin itsejärjestymistä vesiliuoksessa. Amfifiiliset polymeerit järjestyivät laimeissa vesiliuoksissa erilaisiksi misellirakenteiksi, muodostaen ns. mikrosäiliöitä. Tällaisilla polymeereillä odotetaan olevan sovelluksia esim. lääkeainevapautuksessa. Amfifiilejä käytetään myös esimerkiksi apuaineina pinnoitteissa ja kosmetiikassa. Kiinteässä tilassa tutkitut triblokkikopolymeerit muodostivat teoreettisesti ennustettuja morfologioita. Lämpöherkän materiaalin hydrogeelit toimivat suodatinmembraanina nanokokoluokassa. RAFT-polymeroinnilla syntetisoituja polymeereja voidaan sellaisenaan käyttää kultananopartikkeleiden päällystämiseen. Kultananopartikkelit ovat erittäin kiinostavia mm. niiden stabiilisuuden ja ainutlaatuisten pintaominaisuuksien vuoksi. Kun amfifiilisiä polymeerejä kiinnitettiin kultapartikkelin pinnalle, sen liuos- ja optisia ominaisuuksia voitiin säädellä pH:n ja lämpötilan avulla. Tällaisilla kultananopartikkeleilla on sovelluksia mm. diagnostiikassa, sensoreina ja solukuvauksessa.

Atomic Layer Deposition of Multicomponent Oxide Materials

Atomic layer deposition (ALD) is a method for thin film deposition which has been extensively studied for binary oxide thin film growth. Studies on multicomponent oxide growth by ALD remain relatively few owing to the increased number of factors that come into play when more than one metal is employed. More metal precursors are required, and the surface may change significantly during successive stages of the growth. Multicomponent oxide thin films can be prepared in a well-controlled way as long as the same principle that makes binary oxide ALD work so well is followed for each constituent element: in short, the film growth has to be self-limiting. ALD of various multicomponent oxides was studied. SrTiO3, BaTiO3, Ba(1-x)SrxTiO3 (BST), SrTa2O6, Bi4Ti3O12, BiTaO4 and SrBi2Ta2O9 (SBT) thin films were prepared, many of them for the first time by ALD. Chemistries of the binary oxides are shown to influence the processing of their multicomponent counterparts. The compatibility of precursor volatilities, thermal stabilities and reactivities is essential for multicomponent oxide ALD, but it should be noted that the main reactive species, the growing film itself, must also be compatible with self-limiting growth chemistry. In the cases of BaO and Bi2O3 the growth of the binary oxide was very difficult, but the presence of Ti or Ta in the growing film made self-limiting growth possible. The application of the deposited films as dielectric and ferroelectric materials was studied. Post-deposition annealing treatments in different atmospheres were used to achieve the desired crystalline phase or, more generally, to improve electrical properties. Electrode materials strongly influenced the leakage current densities in the prepared metal insulator metal (MIM) capacitors. Film permittivities above 100 and leakage current densities below 110-7 A/cm2 were achieved with several of the materials.