Abstract
Solvatiserede polymer børster er velkendt at smøre højtryks-kontakter, fordi de kan opretholde en positiv normal belastning og samtidig opretholde lav friktion ved grænsefladen. Ikke desto mindre kan disse systemer være følsomme over for slid som følge af interdigitation af de modstående børster. I en nylig publikation har vi vist via molekylære simuleringer og atomic force mikroskopi eksperimenter, at ved hjælp af en ikke-blandbar polymer børstesystem afslutning af underlaget og skyderen overflader, henholdsvis kan fjerne sådan interdigitation. Som en konsekvens, slid i kontakterne reduceres. Desuden friktionskraften er to størrelsesordener lavere sammenlignet med traditionelle blandbar polymer børste systemer. Dette nyligt foreslåede system rummer derfor et stort potentiale for anvendelse i industrien. Her til metoden konstruere en ikke-blandbar polymer børste system af to forskellige børster hver solvatiserede af deres egen foretrukne opløsningsmiddel er præsenteret. Proceduren hvordan at pode pOly (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) fra en flad overflade og poly (methylmethacrylat) (PMMA) fra en atomic force mikroskopi (AFM) kolloidt probe beskrevet. PNIPAM er solvatiseret i vand og PMMA i acetophenon. Via friktionskraft AFM målinger, er det vist, at friktionen for dette system faktisk reduceres med to størrelsesordener sammenlignet med blandbar system PMMA om PMMA solvatiseres i acetophenon.
Introduction
Perfekt smøremidler reducere friktion og slid for faste stoffer i relativ bevægelse, selv når de normale belastninger er høje. For at opnå dette bør smøremidlet forblive i kontakt under glidende og i ro. Men under en positiv normal belastning, enkle, lav viskositet væsker hurtigt presset ud af kontaktområdet og endnu højere viskositet olier er udvist til sidst. Alligevel biologiske kontakter, fx i humane led, forbliver smurt med lav viskositet væsker på alle tidspunkter. Naturen indser sådan effektiv smøring ved hjælp sukkerkæder knyttet til faste overflader 1. De hydrofile sukkerkæder holde en vandig væske i kontakt forudsat at den normalt tryk ikke overstiger det osmotiske tryk af opløsningsmidlet 2. Derfor har en stor indsats været rettet mod at efterligne biologiske smøremidler ved podning polymerer til faste overflader danner såkaldte polymer børster 3-12.
Når to modsatrettede polymerbørster bringes i kontakt, kan segmenter af polymerkæderne på den ene side bevæger sig ind i børsten kædesegmenter på den modsatte side. Denne effekt kaldes interdigitation 13. Når børsterne er i relativ glidende bevægelse, interdigitation er den vigtigste kilde til slid 14 og friktion 15-17. Faktisk nylig, friktion-hastighed relationer for glidende polymer børster er udledt 18. Disse skalering love er baseret på interdigitation og den deraf følgende strækning og bøjning af polymererne ved glidende. De vigtigste egenskaber er enig med resultaterne af overfladekræfter apparater eksperimenter 19 og molekylær dynamik (MD) simuleringer 20. I sidstnævnte direkte kan kvantificeres graden af overlapning. Desuden blev det vist, at overlapningen mellem polyelektrolyt børster kan indstilles ved at anvende et elektrisk felt 21. Så hvis interdigitation kan omgås, friktion og slid i disse systemer vil være significantly reduceret.
I en nylig publikation 22 har vi vist via MD simuleringer, at to ikke-blandbare opløste polymer børste systemer forhindrer overlapning mellem børsterne. Desuden ved at glide børsterne, fandt vi et fald på friktionskraften ved to størrelsesordener i forhold til de traditionelle blandbare børste systemer, i fremragende aftale med vores atomic force mikroskopi (AFM) målinger. Her forklarer vi i detaljer, hvordan at oprette AFM eksperimenter af ref. 22. Det grundlæggende princip er skitseret i figur 1. På de to counter-overflader, to forskellige børster, hver solvatiserede af deres egen foretrukne opløsningsmiddel, der er behov for. I denne konfiguration er hver børste i eget opløsningsmiddel. Følgelig behøver polymer segmenter fra en børste ikke trænge ind i den anden børste. Poly (methylmethacrylat) (PMMA) er podet fra en AFM kolloid sonde og børsten solvatiseret af acetophenon. Fra den flade overflade poly (N -isopropylacrylamide) (PNIPAM) er podet og solvateret i vand. For at sammenligne det nuværende system til traditionelle blandbare systemer tages en anden flad mod pladens en PMMA pensel solvatiseret i acetophenon lavet. Den målte friktionskraft ved at skubbe den ublandbare system PMMA på PNIPAM er ca. 1% af friktionen for blandbar system PMMA på PMMA. Bemærk, at anvendelsen af disse særlige børste systemer er blot ét eksempel. Den foreliggende fremgangsmåde er generisk og virker på grund af den foretrukne absorbans af opløsningsmidlerne i de forskellige børster. Derfor er flere typer af pensler forventes at være gældende, så længe de valgte opløsningsmidler de-mix i de to børster. Virkningen forstærkes ved anvendelse af to ikke-blanding opløsningsmidler (såsom acetophenon og vand), således at en ekstra glat fluid-on-fluid-glidegrænsefladen skabes 22,23.
Protocol
BEMÆRK: Figur 2 illustrerer Prøveforberedelsesproceduren. Polymer børster blev podet fra silicium (Si) substrater (bane (a)), fra guld-substrater (100 nm guld inddampes på Si wafer med en 10 nm Cr adhæsionslag, bane (b)) og fra guld kolloide AFM prober (6 um diameter, sti (c)) ved overfladen indledt atom-transfer radikalpolymerisation (SI-ATRP) 24. De AFM målinger blev udført på en Multimode AFM med lav støj hoved, lodret indgreb scanner og en flydende celle.
1. Prøvefremstilling
- Substrat forberedelse
- Initiativtager aflejring på silicium overflader.
- Rengør siliciumsubstrater med chloroform, derefter Piranha-opløsning, derefter skylles med renset vand, ethanol og chloroform.
- Placer de tørre substrater i en ekssikkator omkring et hætteglas indeholdende 50 pi (3-aminopropyl) triethoxysilan.
- Evakuer ekssikkatoren witha lamel pumpe i 15 minutter og luk det derefter. Lad dampudfældning at fortsætte O / N.
- Forbered en opløsning af 40 ml toluen (afgasset) og 40 pi triethylamin i en Erlenmeyerkolbe.
- Placer substrater i kolben og dråbevis tilsættes 40 pi 2-brom-2-methylpropionyl. Hold substrater i opløsningen, for at undgå aflejring af saltkrystaller dannes i opløsning.
- Opløsningen omrøres i 4 timer.
- Skyl substrater med toluen og ethanol. Dernæst placeres substraterne i polymerisationsprocesser hætteglas.
- Initiativtager aflejring på guld overflader
- Forbered et monolag opløsning: Opløs 2-brom-2-methyl-propionsyre 11- [11- (2-brom-2-methyl-propionyloxy) -undecyldisulfanyl] -undecyl ester i 20 ml afgasset chloroform (0,2 mM).
- Transfer ca. 1,5 ml monolag opløsning i et lille hætteglas, der tidligere var skyllet med argon.
- Rengør guld-belagte substrater med chloroform ogPiranha-opløsning. Efterfølgende skylles med renset vand, ethanol og chloroform.
- Fordyb de rensede substrater i monolag-opløsning, og kolben lukkes. Store O / N på et mørkt sted.
- Rengør guld kolloide prober med ethanol og chloroform ved at dyppe dem i opløsningsmidler.
- Fordyb de kolloide sonder ind i hætteglasset med monolag løsning. Luk fast og holde det på et mørkt sted O / N.
- Fjern substraterne fra opløsningen, vaskes med chloroform og ethanol. Dernæst overføre initiator substrater i polymerisationen kolben.
- Fjern de kolloide prober fra monolaget opløsning, vaskes med chloroform og ethanol. Dernæst overfører hver probe separat i polymerisationen hætteglasset.
- Initiativtager aflejring på silicium overflader.
- Polymerisation
- SI-ATRP af PMMA
- Skyl kolben og hætteglas, som indeholder initiator-dækket substrater (både Si og guld) og de kolloide prober med Argpå 30 min.
- Opløs 10 g methylmethacrylat (MMA) i ATRP medium (10 ml methanol / vand-blanding med forholdet 5: 1), og opløsningen afgasses i 2 timer.
- Tilføj 145 mg CuBr og 320 mg 2,2-bipyridin i en kolbe udstyret med en magnetisk omrørerstang, og deoxygenize med 3 vakuum-Ar opfyldning cyklusser.
- Overfør afgasset monomer opløsningen i kolben (indeholdende kobber) og omrøres i yderligere 15 minutter, indtil der observeres en klar brun opløsning.
- Sæt en nål til en 2 ml sprøjte og skylle kanylen og sprøjten med argon 2-3 gange.
- Træk 1 ml polymerisation løsning med sprøjten og sprøjt indholdet i den lille reaktionshætteglas, der indeholder kolloid sonde.
- Træk den resterende opløsning med sprøjten og sprøjt indholdet i reaktionen hætteglasset, der indeholder de flade substrater. Tilføj nok løsning at oversvømme hver prøve helt.
- Foretag polymerisationen i 40 timer ved stuetemperatur.
- Reflytte prøver fra polymerisationen opløsningen og vaskes med ethanol og chloroform i flere cyklusser. Farvning af prøven indikerer tilstedeværelsen af børsten.
- Endelig tør substraterne under en strøm af nitrogen.
- Hold flade substrater i en nitrogen kassen. Store polymer pensel modificerede prober i toluen.
- SI-ATRP af PNIPAM 10
- Skyl kolben og hætteglas, som indeholder initiator-dækket substrater (både Si og guld) og kolloide prober med argon i 30 minutter.
- 5,6 g N -isopropylacrylamide og 320 pi PMDETA opløses i ATRP medium (1,6 ml vand og 18 ml methanol), og opløsningen afgasses i 2 timer.
- Tilføj 76 mg CuBr i en kolbe udstyret med en magnetisk omrørerstang, og deoxygenize med 3 vakuum-Ar opfyldning cyklusser.
- Overfør afgasset monomer opløsning i kolben, der indeholder kobber. Omrøres i yderligere 15 minutter, indtil der observeres en klar grøn opløsning. Sæt en nål til en 2 ml sprøjte og skylle kanylen og sprøjten med argon 2-3 gange.
- Træk 1 ml polymerisation løsning med sprøjten og sprøjt indholdet i den lille reaktionshætteglas, der indeholder kolloid sonde. Gentag for alle sonder.
- Træk den resterende opløsning med sprøjten og sprøjt indholdet i reaktionskolben, som indeholder de flade substrater. Tilføj nok løsning at oversvømme hver prøve helt.
- Foretag polymerisationen i 2 timer ved stuetemperatur.
- Fjern prøverne fra polymerisationen opløsningen og vaskes med ethanol og vand gennem flere cyklusser. Den optræder farve af prøven indikerer tilstedeværelsen af børsten.
- Fordyb prøven i 0,1 M EDTA-opløsning og holde det i løsningen O / N for at fjerne alle de kobber. Vask med renset vand og ethanol.
- Hold de flade substrater i et nitrogen kassen. Opbevar PNIPAM børste modificerede prober i renset vand.
- SI-ATRP af PMMA
- Brush karakterisering, Fourier Transform Infrared (figur 3)
BEMÆRK: Brug græsning-vinkel FTIR tilstand for polymere børster på guld substrat og transmission FTIR mode for polymere børster på Si substrat. Tør alle prøver omhyggeligt. Alle vand og forurening opløsningsmiddel kan forårsage alvorlige skader på detektoren.- Start udstyret ifølge manualen, som fabrikanten.
- Indstil følgende parametre for måling prøve: området mellem 900 og 3.700 cm -1 med en opløsning på 4 cm-1 og gennemsnitlige 32 scanninger i hver måling.
- Rengør en tom substrat ifølge protokollen anvendt til prøveforberedelse, tør forsigtigt og læg den til målekammeret.
- Ansøg vakuum i 4 timer. Dernæst optage en baggrund scanning.
- Blindprøven Fjern og den tørre polymer børste coatet prøve i prøvekammeret sted.
- Påfør vakuum i sample kammer og registrere en prøve-scan hver 30 min i 5 timer.
- Kontroller at alle toppe i spektrene for at bekræfte kemiske sammensætning af polymeren børste. (Kun analysere scanninger med en lige basislinje).
2. AFM Måling
- Scratch PMMA børste dækket substrat forsigtigt med en nål, skylles med et godt opløsningsmiddel for at fjerne overskud af polymer og tørres.
- Monter prøverne i AFM instrument og montere sonden i den flydende celle.
- Juster laseren på enden af udliggeren.
- Med brug af kameraet, justere spidsen over en ridse.
- Før nærmer og engagere spidsen, skal du indstille scanningsstørrelsen 0 nm. Dernæst engagere spidsen til overfladen.
- Gå til "rampe mode 'og afgøre afbøjning følsomhed via kurver kraft fjernsalg. Kalibrer normale fjederkonstant ved hjælp af 'termiske melodi' som implementeret i softwaren og torsionsfjederkonstanten of cantilever anvendelse af fremgangsmåden ifølge Wagner et al. 25
- Fang torsions termiske støj af cantilever i luften i 2 sek ved hjælp af den høje hastighed datafangst i softwaren (6,25 MHz).
- Konverter den termiske støj i power spectral density (V 2 / Hz) ved hjælp af Fourier Transform.
- Bestem grundresonans og kvaliteten faktor udliggeren i luften ved hjælp resonansspidsen i power spectral density og ligningen for en simpel harmonisk oscillator herunder baseline støj (ækv. 2 Ref. 25).
- Beregn torsionsfjederkonstanten hjælp af inplane dimensioner cantilever (længde og bredde), tætheden og viskositeten af det omgivende medium (luft) og kvaliteten faktor og resonansfrekvens bestemt i trin 2.6.3 ved hjælp af fremgangsmåden ifølge Sader 26.
BEMÆRK: Vi brugte værktøj, på hjemmesiden for John Sader: www.ampc.ms.unimelb.edu.au/afm/calibration.html. - Calculate torsionsvinklen afbøjning følsomhed cantilever hjælp eq. 6 og 7 i ref. 25.
- Konverter torsionsfjederkonstanten og afbøjning følsomhed i den laterale fjederkonstant og afbøjning følsomhed med størrelsen af kolloid, tykkelsen af udliggeren og EQ. 8 Ref. 25.
BEMÆRK: detektorsignalet kan nu omdannes til en kraft via: kraft [N] = lateral fjederkonstant [N / m] * lateral afbøjning følsomhed [m / V] * detektorsignal [V].
- Mål børsten højde tør børste af imaging børsten på en ridse på det lavest mulige afbøjning setpunkt. Bestem børsten højde fra line-scanninger af billedet.
- Solvat penslen i acetophenon ved forsigtigt at anvende det på overfladen med en sprøjte.
BEMÆRK: Farven på ændringer prøve som opløsningsmidlet fordamper. Dette giver mulighed for efter tørringsprocessen. - Monter prøven AFM. Juster den lodrette laser signal til-1.0 V. Indstil afbøjning setpunktet til 0 V og engagere cantilever og overflade.
BEMÆRK: Efter at bringe udliggeren i kontakt med overfladen, acetophenonen bevæger sig ind i børsten på kolloid skabe en kapillær bro mellem spidsen og overfladen. - Sæt scanningsstørrelsen til 40 um, deaktivere de langsomme scan akser og sæt Billedformatforhold til 1: 4. Optag højden og friktion billedkanaler (både spor og tilbageløbslinje).
- Når billederne er taget til fange trække cantilever.
- Påfør en dråbe vand på PNIPAM børste-dækket overflade, at solvatisere PNIPAM pensel.
- Løft hovedet og hurtigt erstatte PMMA overflade af den solvatiserede PNIPAM overflade for at skabe den ublandbare system. Vær hurtig ved udveksling overfladerne for at undgå fordampning af acetophenon fra PMMA børste på det kolloide sonde.
- Engager spidsen og overfladen og optage billeder med samme parametre som tidligere.
Representative Results
Figur 4 viser repræsentative AFM kraft spor upon glidende både blandbare og ublandbare polymer børste systemer. Friktionskraften F normaliseres ved friktionskraften ved steady state glidende F sym for symmetriske, blandbar system. Den kvældede børste højde i disse eksperimenter var 1,010 nm for PMMA og 532 nm for PNIPAM. Kraften spor er fanget efter at have fulgt den procedure, der er beskrevet i protokol afsnittet. I disse forsøg blev overfladen bevæges frem og tilbage med en hastighed v på 80 um / sek, mens anvendelse af en normal belastning på 30 nN. Forskellen i friktionskraft for blandbar (venstre panel) og blandbare (højre panel) Pensel systemer kan tydeligt iagttages. Steady state friktionskraft i venstre panel er 90x højere end steady state friktion kraft i højre panel. For den ikke-blandbare system målte friktionskraft er typisk 0,5-2% af friktionskraften målt feller blandbare system. Selvom den nøjagtige friktionsnedsættelse afhænger af podning tæthed, polymerisationsgrad, mængde opløsningsmiddel, og (svagt) på normal belastning og glidende hastighed, er det altid omkring to størrelsesordener. Hvis vi øger den glidende hastighed for det ovenfor beskrevne system med en faktor 5 (400 um / sek), reduktion friktionen falder med 2%. Hvis vi øger normal belastning med en faktor 10 (til 300 NN), reduktion friktionen falder med 3%.
Figur 1. Skematisk tegning af opsætningen. Venstre panel viser blandbar-systemet, hvor de samme polymerer podet fra overfladen og kolloid. Børsterne er solvatiseret i en én-fase væske. Højre panel viser den ikke-blandbare system af to forskellige polymere børster. Hver børste solvatiseres i sin egen foretrukne væske. I traditioneloverlapper blandbare systemer polymererne ifølge de modstående børster. For den ikke-blandbare system har modstående børster ikke interdigitate sådan, at friktion og slid under glidende reduceres.
Figur 2. Skematisk tegning af prøveforberedelse procedure som beskrevet i protokollerne sektion. Fra venstre til højre viser fremgangsmåden til fremstilling børste via initiator deposition og overflade indledt atom transfer radikal polymerisation (SI ATRP). Sti (A) beskriver børsterne podet fra silicium overflader, (B) børster podet fra guld belagt silicium overflader og (C) børster podet fra guldkolloider på atomic force mikroskopi prober. Klik her for at se alArger version af denne figur.
Figur 3. FTIR spektre af PMMA (blå) og PNIPAM (grøn) børster på silicium (tykke linjer) og guld (tynde linjer). Dataene blev taget fra Suppl. Mat. i ref. 22. PMMA bølgetal (cm - 1): 3,050-2,990 (CH stræksvingningsområde), 1.730 C = O (dobbeltbinding stretching vibrationer), 1.450 (CH3 og CH2 deformation vibration), 1,260-1,040 (COC enkelt obligation stretching vibrationer ), 880-960 (COC enkeltbinding deformation vibration). Ved 1,730 cm - 1 den karakteristiske stræksvingningsområde toppen af C = O-gruppen fremgår PNIPAM bølgetal (cm-1): 3.289 (NH symmetriske og asymmetriske stretching vibrationer), 3078, 2971, 2933, 2874 (asymmetrisk og symmetrisk CH strække sig. vibrationer i CH <sub> 2 -), 1.635 (C = O stretching vibrationer), 1.535 (amid II), 1.458 (CH asymmetriske bøjning deformationer), 1.386 (CH symmetrisk bøjning deformationer), 1,366-1,170 (KN asymmetriske stretching vibrationer). På 1635 og 1535 cm - 1 de karakteristiske stræksvingningsområde toppe af amidgruppen er tydelige.
Figur 4.-gennemsnit, filtreret og glattede kraft spor ved at skubbe blandbar (til venstre) og blandbare (højre) systemer (justeret fra ref. 22). Er Overfladen bevæges frem og tilbage med 40 um ved en scanning-hastighed på 1 Hz og normal belastning på 30 NN.
Discussion
De præsenterede resultater viser, at den friktion, for ikke-blandbare systemer individuelt solvatiserede børster, er stærkt reduceret i forhold til traditionelle blandbare systemer for to af de samme solvatiserede børster. Den foretrukne absorbans af de forskellige opløsningsmidler i de to børster forhindrer børsterne fra fingerindgribende og dermed en væsentlig kilde til slid og spredning i polymer børste friktion elimineres. I denne procedure er derfor væsentligt fra at glide tør hydrofil på hydrofobe børster, hvor friktionen vil blive bestemt af børste-specifikke interaktioner 27. Faktisk ved forskydning PMMA på PNIPAM (kollapsede højde 166 nm), uden opløsningsmidler, fandt vi, at friktionen var 50% højere i forhold til tørre PMMA på PMMA (kollapsede højde 236 m).
Som allerede påpeget kort i noterne i »protokollen« sektionen, er der et par afgørende punkter, der skal holdes for øje, mens de udførerdisse særlige eksperimenter: For det første, acetophenon er et bedre opløsningsmiddel for PNIPAM end vand. Således bør man tage at acetophenon ikke kommer ind i PNIPAM børste ved at fugte PNIPAM børste med rigeligt vand. Da acetophenon og vand ikke blandes, vil acetophenon nu ikke komme ind i PNIPAM pensel. Det er derfor, vi ikke fordybe vores system helt i acetophenon, men i stedet skabt en acetophenon kapillar for blandbar system. En anden grund til ufuldstændig fordybelse er, at fuldstændig nedsænkning medfører for stærk hydrodynamik, sådan at vi kun målte Stokes træk på kolloid og cantilever. For det andet, i AFM eksperimenter vridningsprøvningerne og normale fjederkonstanter er koblet. Støtteben med en lav normal fjederkonstant vil også have en relativt lav torsionsfjederkonstanten og vice versa. Dette begrænser den laveste målbare friktionskoefficient til> 10 -3. For således at måle den fulde friktionsnedsættelse, friktionen for miscible system skal være høj. Dette opnås ved hjælp af lange high-density børster og en relativt høj forskydningshastighed på typisk 100 m / sek. Desuden kapillarrøret mellem børsterne øger også friktionskræfterne. Vi målte den laveste friktionskoefficient, for en ikke-blandbar systemet 22 af μ = 0,003 i henhold til en anslået normal belastning på 200 kPa. Anvendelse af de samme eksperimentelle betingelser, vi fandt, at μ = 0,15 for blandbar system.
Bemærk, at forsøgene blev udført i et kontrolleret laboratoriemiljø, og at overflader anvendes i industrien er ikke så ideel som anvendt i de præsenterede forsøg. De fleste overflader har en ikke-ensartet ruhed fordeling 28 og således mange ruheder i forskellige former og størrelser. Under kollision mellem to børste-bærende ruheder, er friktionen sammensat af forskellige dissipation kanaler 29. Næste til steady state dissipation mekanismer, såsom interdigitaflow opløsningsmiddel tion, og der vil være hysterese virkninger i form 30 på grund af den langsomme relaksationstiden for polymererne og opløsningsmiddel. Desuden er kapillærer dannet og brudt. I de traditionelt anvendte blandbar børste systemer, forbigående interdigitation 31 forstærker form- og kapillær hysterese. Med den ikke-blandbare systemet præsenteres her, er forbigående interdigitation elimineres også. Desuden kan kapillær hysterese omgås ved anvendelse af to ikke-blandbare opløsningsmidler. Derfor vil også de mere almindelige ru overflader, friktion og slid reduceres ved hjælp blandbart børste systemer 22. Den vigtigste kilde til gnidninger, der er tilbage, er børste deformation. Forankring polyzwitterionic polymerer, der er kendt for deres iboende lav friktion 32, på en af overfladerne kan minimere sidstnævnte. I sådanne systemer det osmotiske tryk af opløsningsmidlet er høj, hvilket lille børste deformation under høje normale belastninger.
Denpræsenteret Fremgangsmåde blandbare børste systemer kan anvendes i næsten ethvert system, hvor lav friktion er ønskelig. Metoden fungerer godt under høje tryk. Dog bør det sikres, at temperaturen holdes omkring RT. Høje temperaturer beskadige polymerer, som vil medføre væske-flow ud af kontakt og dermed høj friktion. Eksempler på anvendelsesmuligheder er: sprøjter, stempel systemer, aksellejer og hængsler.
Acknowledgments
Vi takker M. Hempenius og E. Benetti for frugtbare drøftelser, Y. Yu for omhyggelig kontrol af opskriften, M. Vlot for billedet design i figur 1, C. Padberg og K. Smit til teknisk support. EK anerkender den nederlandske organisation for videnskabelig forskning (NWO, TOP Grant 700.56.322, Macromolecular Nanoteknologi med Stimulus Responsive Polymers) om økonomisk støtte. SdB er blevet støttet af Fonden for Grundforskning på Matter (FOM), som er støttet af den nederlandske Organisation for Videnskabelig Forskning (NWO).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Methyl methacrylate | Sigma-Aldrich | M55909 | Monomer for PMMA synthesis, cleaned by pressing through a basic alumina column |
| (3-aminopropyl)triethoxysilane | Sigma-Aldrich | 440140 | vapor deposited silane monolayer |
| triethylamine | Sigma-Aldrich | T0886 | Reagent for the ATRP initiator moiety coupling. |
| 2-bromo-2-methylpropionyl | Sigma-Aldrich | 252271 | ATRP initiator moiety. |
| toluene | Biosolve | 20150501 | Coupling medium for ATRP moiety |
| CuBr | Sigma-Aldrich | 212865 | ATRP catalyst. |
| 2,2′-Bipyridyl | Sigma-Aldrich | 14453 | Cu complexing ligand for ATRP of MMA |
| N,N,N′,N",N"-Pentamethyldiethylenetriamine | Sigma-Aldrich | 369497 | Cu complexing ligand for ATRP of NIPAM |
| acetic acid 98-100% | Merck | 8187551000 | For cleaning CuBr. |
| Sulfuric acid | Sigma-Aldrich | 320501 | For the preparation of Piranha solution |
| Hydrogen peroxide 33% | Merck | 1.07210.1000 | For the preparation of Piranha solution |
| Ethanol | Merck | 1.00983.1000 | For cleaning substrates. |
| Basic aluminum oxide 60 | Merck | For cleaning monomers. | |
| Chloroform | Biosolve | 3080501 | For monolayer deposition and substrate cleaning. |
| Methanol | Biosolve | 13680501 | For polymerization medium. |
| Acetophenone | Acros Organics | 102410010 | For AFM measurement environment. |
| N-isopropyl acrylamide | Acros Organics | 412780250 | Monomer for PNIPAM synthesis, recrystallized from toluene/hexane |
| Poly(ethylene glycol) methacrylate | Sigma-Aldrich | 409529 | Monomer for Si-POEGMA synthesis, cleaned by pressing through a basic alumina column. |
| MilliQ water | MilliQ Advantage A 10 purification system | ATRP medium, AFM measurement environment and for substrate cleaning. | |
| Silicon substrates | |||
| Gold coated substrates | |||
| AFM probe, CP-FM-Au | SQube | AFM measurement |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| dithiodiundecane-11,1-diybis[2-bromo-2-methlpropanoate] (DTPR) | Initiator, for Si-ATRP on gold surfaces. Synthesized according to Macromolecules, 33, 597-605 (2000). |
||
| Atomic Frorce Microscope | Bruker Multimode V controller |
References
- Lee, S., Spencer, N. D. Materials science - Sweet, hairy, soft, and slippery. Science. 319, 575-576 (2008).
- Milner, S. T., Witten, T. A., Cates, M. E. Theory of the Grafted Polymer Brush. Macromolecules. 21, 2610-2619 (1988).
- Klein, J., Kumacheva, E., Mahalu, D., Perahia, D., Fetters, L. J. Reduction of Frictional Forces between Solid-Surfaces Bearing Polymer Brushes. Nature. 370, 634-636 (1994).
- Raviv, U., et al. Lubrication by charged polymers. Nature. 425, 163-165 (2003).
- Moro, T., et al. Surface grafting of artificial joints with a biocompatible polymer for preventing periprosthetic osteolysis. Nat Mater. 3, 829-836 (2004).
- Bureau, L., Leger, L. Sliding friction at a rubber/brush interface. Langmuir. 20, 4523-4529 (2004).
- Muller, M. T., Yan, X. P., Lee, S. W., Perry, S. S., Spencer, N. D. Lubrication properties of a brushlike copolymer as a function of the amount of solvent absorbed within the brush. Macromolecules. 38, 5706-5713 (2005).
- Kobayashi, M., et al. Friction behavior of high-density poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) brush in aqueous media. Soft Matter. 3, 740-746 (2007).
- Zappone, B., Ruths, M., Greene, G. W., Jay, G. D., Israelachvili, J. N. Adsorption, lubrication, and wear of lubricin on model surfaces: Polymer brush-like behavior of a glycoprotein. Biophys J. 92, 1693-1708 (2007).
- Sui, X. F., Zapotoczny, S., Benetti, E. M., Schon, P., Vancso, G. J. Characterization and molecular engineering of surface-grafted polymer brushes across the length scales by atomic force microscopy. J Mater Chem. 20, 4981-4993 (2010).
- Li, A., et al. Covalently Cross-Linked Hydrogel Brushes with Tunable Interfacial and Bulk Properties. Macromolecules. 44, 5344-5351 (2011).
- Wang, N., et al. Nanomechanical and tribological characterization of the MPC phospholipid polymer photografted onto rough polyethylene implants. Colloid Surface B. 108, 285-294 (2013).
- Yoshizawa, H., Chen, Y. -L., Israelachvili, J. N. Fundemental mechanisms of interfacial friction. 1. Relation between adhesion and friction. J. Phys. Chem. 97, 4128-4140 (1993).
- Maeda, N., Chen, N. H., Tirrell, M., Israelachvili, J. N. Adhesion and friction mechanisms of polymer-on-polymer surfaces. Science. 297, 379-382 (2002).
- Klein, J. Shear, friction, and lubrication forces between polymer-bearing surfaces. Annu Rev Mater Sci. 26, 581-612 (1996).
- Leger, L., Raphael, E., Hervet, H. Surface-anchored polymer chains: Their role in adhesion and friction. Adv Polym Sci. 138, 185-225 (1999).
- Binder, K., Kreer, T., Milchev, A. Polymer brushes under flow and in other out-of-equilibrium conditions. Soft Matter. 7, 7159-7172 (2011).
- Galuschko, A., et al. Frictional Forces between Strongly Compressed, Nonentangled Polymer Brushes: Molecular Dynamics Simulations and Scaling Theory. Langmuir. 26, 6418-6429 (2010).
- Spirin, L., et al. Polymer-brush lubrication in the limit of strong compression. Eur Phys J E. 33, 307-311 (2010).
- Schorr, P. A., Kwan, T. C. B., Kilbey, S. M., Shaqfeh, E. S. G., Tirrell, M. Shear forces between tethered polymer chains as a function of compression, sliding velocity, and solvent quality. Macromolecules. 36, 389-398 (2003).
- Drummond, C. Electric-Field-Induced Friction Reduction and Control. Phys Rev Lett. 109, 154302 (2012).
- Beer, S., Kutnyanszky, E., Schön, P. M., Vancso, G. J., Müser, M. H. Solvent-induced immiscibility of polymer brushes eliminates dissipation channels. Nat. Commun. 5, 3781 (2014).
- Wong, T. S., et al. Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity. Nature. 477, 443-447 (2011).
- Matyjaszewski, K., Xia, J. H. Atom transfer radical polymerization. Chem Rev. 101, 2921-2990 (2001).
- Wagner, K., Cheng, P., Vezenov, D. Noncontact Method for Calibration of Lateral Forces in Scanning Force Microscopy. Langmuir. 27, 4635-4644 (2011).
- Green, C. P., et al. Normal and torsional spring constants of atomic force microscope cantilevers. Rev. Sci. Instrum. 75, 1988-1996 (2004).
- Vyas, M. K., Schneider, K., Nandan, B., Stamm, M. Switching of friction by binary polymer brushes. Soft Matter. 4, 1024-1032 (2008).
- Persson, B. N. J., Albohr, O., Tartaglino, U., Volokitin, A. I., Tosatti, E. On the nature of surface roughness with application to contact mechanics, sealing, rubber friction and adhesion. J Phys-Condens Mat. 17, R1-R62 (2005).
- Beer, S., Müser, M. H. Alternative dissipation mechanisms and the effect of the solvent in friction between polymer brushes on rough surfaces. Soft Matter. 9, 7234-7241 (2013).
- Persson, B. N. J. Theory of rubber friction and contact mechanics. J Chem Phys. 115, 3840-3861 (2001).
- Briels, W. J. Transient forces in flowing soft matter. Soft Matter. 5, 4401-4411 (2009).
- Chen, M., Briscoe, W. H., Armes, S. P., Klein, J. Lubrication at Physiological Pressures by Polyzwitterionic Brushes. Science. 323, 1698-1701 (2009).
