Õhukesed polümeerkiled

Õhukesed polümeerkiled on polümeerist valmistatud kiled, mille paksus ulatub 300–100 nanomeetrist kuni mõne mikromeetrini.
Polümeeri molekul ehk makromolekul on IUPACi definitsiooni järgi suure suhtelise molekulmassiga molekul, mille põhiosa koosneb paljudest korduvatest lülidest, mis tulenevad tegelikult või kontseptuaalselt väikese suhtelise molekulmassiga ühenditest. Enamikul juhtudel tähendab see, et makromolekul koosneb paljudest üksteisega kovalentselt seotud monomeerlülidest ehk meeridest, mis pärinevad väikestest molekulidest ehk monomeeridest.
Rakendused.
Polümeerkiledega (0,2–0,3 mm paksused) ja õhukeste polümeerkiledega puutume kokku iga päev. Polümeerkilesid kasutatakse näiteks toidu pakkimisel. Peaaegu iga müüdav objekt on pakendatud polümeerkilesse. Õhukesi polümeerkilesid kantakse kaitsva kihina mööblile, metallile või klaasile (autoklaasid). Lisaks kasutatakse neid sensorites membraanidena, orgaanilistes väljatransistorites ja valgusdioodides.
Kilede iseloomustamine.
Huvi toota järjest õhemaid polümeerkilesid on tõusnud seetõttu, et on leitud sobivad meetodid kilede omaduste uurimiseks. Need meetodid on kasutusel olnud juba kümnendeid, kuid alles nüüd on neid hakatud kasutama kilede omaduste uurimiseks. Nendeks meetoditeks on SPM (skaneeriv sondmikroskoop), neutron- ja röntgenpeegeldus, libiseva kiirega röntgenhajumine, massispektromeetria, elektron tomograafia ja traditsioonilised meetodid nagu: ellipsomeetria, XPS (röntgenfotoelektronspektroskoopia), infrapunaspektroskoopia ja Raman spektroskoopia.
Polümeerkilede valmistamine.
Polümeerkile valmistamise metoodikaid on mitmeid – peamised ja lihtsamad on polümeerlahuse pipeteerimine alusele (alus võib olla näiteks klaasist, polümeerist, kvartsist), vurr-katmine ("spin-coating"), sukelduspindamise meetod ("dip-coating").
Vurrkatmine.
Sissejuhatus ja protsessi 4 etappi.
Vurrkatmine on aastakümneid olnud põhiline ühtlaste ja õhukeste polümeerkilede valmistamise meetod tahketele alustele (näiteks klaas, kvarts), eelkõige kasutatakse seda meetodit mikrokiipide tootmisel (dielektrikukihid integraallülitustes, lameekraanide katted, mittepeegelduvad katted, DVD, CD ROM).
Idee on väga lihtne: kõigepealt tuleb polümeer lahustada, solventidena kasutatakse tetrahüdrofuraani, kloroformi, etanooli jne. Polümeerlahus pipeteeritakse tahkele alusele ning pannakse pöörlema kiirusel, millega saavutatakse paar tuhat pööret minutis. Jõu mõjul katab polümeerlahus ühtlaselt aluse ning tahkub, kuna pöörlemise ajal solvent aurustub. Pärast pöörlemise lõppu tuleb kilel lasta veidi kuivada.
Vurrkatmise teoreetilised alused.
Vurrkatmise modelleerimise lähtealused on avaldatud 1958. aastal Emslie, Bonneri ja Pecki poolt [J. Appl. Phys. 29 (1958) 858–862]. Nende lähtealused põhinevad eeldusel, et voolamine on jõudnud stabiilsetesse tingimustesse, kui pöörlemise tsentrifugaaljõud ja viskoossus on tasakaalus. See eeldus on aluseks ka paljudele teistele mudelitele.
Kui tsentrifugaaljõud ja viskoossus on tasakaalus, kehtib võrdus: 
 -η*∂²v/∂z²=ρω²r 
Kus z ja r on määratud silindriliste koordinaatide süsteemis, mis on seotud aluse pöörlemise telgedega. η ja ρ on vastavalt viskoossus ja lahuse tihedus, v on lahuse kiirus radiaalsuunas ja ω= 2πf on pöörlemiskiirus radiaanides sekundi kohta.
Sobiva kiiruse ja piirkiiruse tingimustes, eeldades, et kile on algselt ühtlane, võib kile paksuse sõltuvust ajast kirjeldada valemiga:
 h= (h˳)/√(1+aKh^2˳t)
Kus h˳ on kilepaksus ajahetkel 0 ja K on süsteemi kirjeldav konstant, mis avaldub kujul:
 K= ρω²/3η
Need valemid kehtivad juhul, kui K on konstantne. Kuid sool-geeli ja teiste keeruliste lahuste pealekandmisel pole see õige üheski staadiumis. Nii viskoossus kui ka tihedus suurenevad aurustumise tõttu. Seepärast peaks olema ettevaatlik neid valemeid kasutades.
Emslie, Bonneri ja Pecki saadud tulemused näitasid, et kile paksus algfaasis (enne, kui muutub domineerivaks solvendi aurustumine) on avaldatav valemiga: 
 dh/dt= -2Kh^3
Aja möödudes muutub kile paksust mõjutavaks teguriks solvendi aurustumine. Meyerhofer oli esimene, kes arvestas selle efekti kile lõplikusse paksusesse [J. Appl. Phys. 49 (1978) 3993–3997]. Mõistlik on teha eeldus, et aurustumine on konstantne, kuni pöörlemise kiirus on konstantne. Aurustumise arvestamiseks lisas Meyerhofer kile paksuse valemisse ühe liikme juurde:
 dh/dt= -2Kh^3-e 
e – aurustumise kiirus
Meyerhofer arendas kile paksuse valemit edasi, eeldades, et algusfaasis domineerib ainult voolamine ning hiljem mõjutab kile paksust vaid solvendi aurustumine. Ta seadis üleminekupunkti tingimustesse, kus aurustumise kiirus ja voolamise kiirus on saavutanud tasakaalu. Kui need eeldused on täidetud, avaldub kile lõplik paksus hf järgmiselt : 
 hf=c˳*(e/2(1-c˳)K)^(1/3)
C˳ on tahkete ainete kontsentratsioon lahuses. Uuringud on näidanud, et aurustumiskiirus on konstantne üle kogu aluse ja sõltub pöörlemiskiirusest: 
 e=C*√ω
Kus konstant C peab olema kindlaksmääratud vastavatel eksperimendi tingimustel.