Multifunctional interphases for polymeric engineering products and smart devices

• Autorzy: Gutowski V. S. , Toikka G. , Liu M. S. , Li S.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2015-0001

Warianty tytułu

PL

Wielofunkcyjne warstwy dla polimerowych wyrobów i urządzeń inteligentnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The ability to control interactions between polymeric substrate and single molecules including successful placement of molecules in desired location at technologically useful conformation and spatial architecture provides a platform for designing functional surfaces for high-tech engineered products and smart devices. Subsequent ability to control interactions between arrays of immobilized molecules in the form of molecular brushes and interacting materials such as fluids, solids or bioactive materials such as cells and tissues facilitates the control of adhesion and fracture properties of interfaces for structurally bonded or coated materials or enables control of other properties such as surface conductivity of flexible films, fibres and fabrics for electronic or energy harvesting applications, live cells propagation in biomedical sensors or devices and for restorative medicine applications. This paper discusses theoretical and practical aspects of surface grafted molecular brushes at controlled surface density, spatial geometry and chemical functionality which facilitate more than 1000-fold strength increase of bonded assemblies in comparison with unmodified substrates to the point of achieving 100% cohesive fracture of substrates or adhesives, as detailed in our earlier publications. The same molecules exhibiting an in-built electron conductivity facilitate achieving a 108-fold increase in polymer surface conductivity.

PL

Analiza oddziaływania podłoża polimerowego i pojedynczych cząsteczek dotyczy ich rozmieszczenia dla ustalonego położenia w celu uzyskania korzystnej technologicznie konfiguracji. Stanowi ona podstawę do projektowania struktury geometrycznej powierzchni zaawansowanych technologicznie wyrobów i urządzeń inteligentnych. Określenie stopnia wzajemnego oddziaływania pomiędzy układami cząsteczek w postaci „szczotek molekularnych” – substancjami w stanie ciekłym i stałym lub materiałami bioaktywnymi, m.in. komórkami i tkankami, umożliwia kontrolę przylegania i pękania materiałów połączonych. Także kontrolę innych właściwości m.in. przewodnictwa powierzchniowego wytworzonych warstw lub włókien oraz rozprzestrzeniania się komórek w czujnikach i urządzeniach biomedycznych. W pracy przedstawiono teoretyczne i praktyczne zagadnienia z obszaru „szczotek molekularnych”. Uwzględniono kontrolę ich gęstości powierzchniowej, geometrii i właściwości chemicznych. Umożliwi to zwiększenie wytrzymałości łącznych elementów ponad 1000-krotnie w porównaniu z podłożem niemodyfikowanym. Zapewni także pękanie kohezyjne podłoża lub warstwy klejów.

Słowa kluczowe

EN

polymers; polyethyleneimines; aminosilanes; protonation; surface conductivity; electrostatic deposition; adhesion; coating

PL

polimery; polietylenoiminy; aminosilany; protonowanie; przewodnictwo powierzchniowe; osadzanie elektrostatyczne; adhezja; powłoka

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 39, nr 1
• Strony: 5--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Gutowski V. S.

• CSIRO Future Manufacturing Flagship, Industrial Interphases Team, 37 Graham Road, Melbourne-Highett, Vic 3190, Australia

autor

Toikka G.

• CSIRO Future Manufacturing Flagship, Industrial Interphases Team, 37 Graham Road, Melbourne-Highett, Vic 3190, Australia

autor

Liu M. S.

• CSIRO Future Manufacturing Flagship, Industrial Interphases Team, 37 Graham Road, Melbourne-Highett, Vic 3190, Australia

autor

Li S.

• CSIRO Future Manufacturing Flagship, Industrial Interphases Team, 37 Graham Road, Melbourne-Highett, Vic 3190, Australia

Bibliografia

• [1] W.S. GUTOWSKI, S. LI, L. RUSSELL, C. FILIPPOU, P. HOOBIN, S. PETINAKIS: Theoretical and technological aspects of surface-engineered interface-interphase systems for adhesion enhancement. J. Adhesion, 79 (2003), 483-519.
• [2] W. GUTOWSKI, D.Y. WU, S. LI: Improved Surface Treatment of Polymers. US Patent No. 5,879,757 (1999).
• [3] D.Y. WU, S. LI, W.S. GUTOWSKI: Surface Treatment of Polymers. US Patent No. 5,922,161 (1999).
• [4] W. GUTOWSKI, D.Y. WU, S. LI: Surface Treatment of Polymers. Australian Patent No. 680716 (1998).
• [5] G. TOIKKA, M.S. LIU, W.S. GUTOWSKI, T. GENGENBACH: Molecular interactions between protonated polyethylene-imine and mica. CSIRO Report (3-F-2013).
• [6] P.G. de GENNES: Weak adhesive junctions. Journal de Physique, 50(1989), 2551-2562.
• [7] E. RAPHAËL, P.G. de GENNES: Soft order in physical systems. R. Bruisma and Y. Rabin (Eds), Plenum Press, New York 1994.
• [8] E. RAPHAËL, P.G. de GENNES: Rubber-rubber adhesion with connector molecules. J. Phys. Chem., 96(1992), 4002-4007.
• [9] F. BROCHARD-WYART, P.G. de GENNES: Adhesion between rubbers and grafted solids. J. Adhesion, 57(1996), 21-30.
• [10] P.G. de GENNES: CR Acad. Sci., 318II, (1994), 165-170.
• [11] L. LÉGER, E. RAPHAËL, H. HERVET, Surface-anchored polymer chains: Their role in adhesion and friction. Adv. Poly. Sci., 138(1999), 186-225.
• [12] ASTM C794-80: Standard test method for adhesion-in-peel of elastomeric joint sealants. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania 1980.