Itsejärjestäytyneet ohutkalvot ja niiden karakterisointi

Opinnäytetyön tavoitteena oli valmistaa ja karakterisoida erilaisia itsejärjestäytyneitä ohutkalvoja. Valmistuksen lisäksi optimoitiin ohutkalvosubstraatin esikäsittelyä ja pesua. Käytetyillä materiaaleilla on sovellusmahdollisuuksia monissa eri käyttötarkoituksessa, kuten sensoreissa ja aurinkokennoissa. Ennen sovellusten kehittämisen aloittamista on selvitettävä, onko kalvopinnoilla odotetut yhdisteet. Ohutkalvoja valmistettiin eri materiaaleista kullan pinnalle käyttäen SAM-menetelmää. Käytetyt materiaalit olivat polyelektrolyytit (PDAC ja PSS), fullereenit ja viologeenit. Ankkuriryhminä käytettiin MEA:a ja MESA:a. Karakterisointitekniikkoina käytettiin PM-IRRAS-tekniikkaa ja kontaktikulmaa. PM-IRRAS-mittauksella selvitettiin, minkälaiset funktionaaliset ryhmät ovat pinnoilla. Kontaktikulman mittauksella saatiin tiedot pinnan hydrofiilisyydestä/hydrofobisuudesta ja kerrosten järjestyksestä. Lisäksi kullan pintaa karakterisoitiin plasmapesun jälkeen, jotta saatiin optimaaliset parametrit pinnan plasmapesuun ja tarkkailtua kullan pinnalla olevia epäpuhtauksia. PM-IRRAS- ja kontaktikulmamittaukset tehtiin jokaisen päällystyksen jälkeen. PM-IRRAS- mittaukset osoittivat, että kalvojen pinnoilla oli kyseiset SAM-tekniikalla muodostetut kalvot. Jokaisen päällystyksen jälkeen kontaktikulmat suurenivat kaikissa mittauksissa, mutta jäivät alle 90°. Näin ollen pinnat olivat ominaisuuksiltaan hydrofiilisia. Työn lopputuloksena todettiin, että ohutkalvojen valmistaminen SAM-menetelmällä onnistui jokaisessa vaiheessa sekä myös pesumenetelmät onnistuivat hyvin. Käytetyt karakterisointitekniikat olivat sopivia tekniikoita ohutkalvojen peruskarakterisointiin. Kuitenkaan nämä tekniikat eivät riittäneet antamaan täydellistä kuvaa ohutkalvoista. Tarkemmat tiedot niistä saataisiin yhdistämällä eri tekniikoita.The aim of this thesis was to prepare and characterize different self-assembled thin films by using the PM-IRRAS and contact angle techniques. Moreover, substrate pretreatment and washing were optimized. The used materials have a broad variety of potential applications, such as sensors and solar cells. Before starting the development of applications, it should be determined whether the thin film surfaces contain the expected compounds. In this study, thin films were prepared from different materials on a gold substrate using a SAM method. Polyelectrolytes (PDAC and PSS), fullerenes and viologens were used to prepare self-assembled thin films. MESA and MEA were used as anchoring groups. The PM-IRRAS measurement provided IR spectra enabling the identification of the main chemical groups formed onto the surface. The contact angle measurement provided information on the surface hydrophilicity/hydrophobicity and the order of thin film layers. Moreover, contact angle measurement of the gold substrate after plasma cleaning was performed to observe the impurities of the gold substrate and to obtain the optimal parameters for plasma cleaning of the substrate. PM-IRRAS and contact angle measurements of thin films were carried out after each layer formation. The PM-IRRAS measurements showed that all the significant peaks for the materials used for SAM formation were observed and that the contact angles increased after each layer coating. All obtained thin films had a contact angle of less than 90°. Thus, the films were hydrophilic. The obtained results indicated successful preparation of thin films by the self-assembly technique as well as successful washing procedures. The characterization techniques used in this study were appropriately chosen. However, these techniques alone are not sufficient to give a complete picture of the formed layers. More specific information could be provided by a combination of different techniques