Tekst źródłowy strony Wyżarzanie w parach rozpuszczalnika

[[Plik:SVA.png|mały|upright=1.5|Prosty układ realizujący wyżarzanie w parach rozpuszczalnika]]
'''Wyżarzanie w parach rozpuszczalnika''' ('''SVA''', z {{ang.|solvent vapour annealing}}) – technika służąca do zmiany morfologii i uporządkowania cienkich filmów z [[Kopolimery|kopolimerów blokowych]]<ref name=":0" /><ref name="Nelson" /><ref name="Xu" />. Pary [[rozpuszczalnik]]a tworzą spęczniały materiał, o zwiększonej mobilności [[Polimery|polimeru]], prowadząc do spontanicznego porządkowania struktury. W zależności od składu kopolimeru blokowego możliwe jest utworzenie odpowiednich struktur: sferycznych, cylindrycznych, gyroidalnych lub lamelowych<ref name="Lundy" />. Technika stanowi szybszą oraz mniej agresywną, z uwagi na niższe temperatury, alternatywę dla [[Wyżarzanie|wyżarzania]] termicznego<ref name=":0" />. Pomimo nazwy sugerującej użycie wysokiej temperatury, proces prowadzony jest w temperaturze niższej niż [[temperatura mięknienia]] polimeru<ref name=":0" />.

== Podstawy fizyczne techniki ==
Pęcznienie polimeru wywołane przez sorpcję rozpuszczalnika z fazy gazowej jest analogiczne do rozpuszczania polimeru w ciekłym rozpuszczalniku<ref name="Brandrup" />. Aby doszło do absorpcji rozpuszczalnika termodynamiczna siła napędowa procesu, przykładowo zmiana energii swobodnej Gibbsa, musi być ujemna:
:: <math>\Delta G_{mix} = \Delta H_{mix} - T\Delta S_{mix} < 0,</math>

gdzie:
* <math>\Delta G_{mix}</math> – energia swobodna Gibbsa mieszaniny,
* <math>\Delta H_{mix}</math> – entalpia mieszaniny,
* <math>T</math> – temperatura,
* <math>\Delta S_{mix}</math> – entropia mieszaniny. Dla niepolarnych lub mało polarnych układów polimer–rozpuszczalnik definiowana jest [[równowaga termodynamiczna]] między aktywnością cząsteczek rozpuszczalnika (''a'') w fazie gazowej i w roztworze polimeru<ref name="Rubinstein" />:
:: <math>\frac{\mu_s - \mu_s^0}{k_BT} = \ln(a) = \ln\left(\frac{p}{p_{sat}}\right),</math>

gdzie:
* <math>\mu_s, \mu_s^0</math> – [[potencjał chemiczny]] odpowiednio rozpuszczalnika w roztworze polimeru i czystego rozpuszczalnika,
* <math>k_B</math> – [[stała Boltzmanna]],
* <math>p, p_{sat}</math> – ciśnienie i ciśnienie par nasyconych. Stopień nasycenia par rozpuszczalnika jest powiązany ze składu fazy ciekłej zgodnie z [[Prawo Floryego-Hugginsa|prawem Floryego-Hugginsa]]:
:: <math>\frac{\mu_s-\mu_s^0}{k_B T} = \chi_{PS}\phi_p^2 + \left(1-\frac{\nu_s}{\nu_p}\right)\phi_p + \ln(1-\phi_p),</math>

gdzie:
* <math>\chi_{PS}</math> – [[współczynnik Floreygo-Hugginsa]], określający oddziaływanie między polimerem a rozpuszczalnikiem,
* <math>\phi_p</math> – ułamek objętościowy polimeru,
* <math>\nu_s, \nu_p</math> – [[Objętość molowa|objętości molowe]] odpowiednio rozpuszczalnika i polimeru.

Pierwszy składnik równania określa wkład [[Entalpia|entalpowy]] do częściowej molowej [[Entalpia swobodna|energii swobodnej Gibbsa]] mieszania polimeru i rozpuszczalnika. Druga i trzecia część równania określają wkład [[Entropia|entropowy]]<ref name="Flory" />. W przypadku jednowymiarowego pęcznienia ułamek objętościowy polimeru można określić jako iloraz grubości suchego do spęczniałego polimeru. Ponieważ dla typowych układów objętość molowa polimeru jest znacznie większa niż objętość molowa rozpuszczalnika poprzednie równania można uprościć do postaci<ref name="Jaczewska" />:
:: <math>\ln \left(\frac{p}{p_{sat}}\right) = \chi_{PS}\left(\frac{d_0}{d}\right)^2
+ \left(\frac{d_0}{d}\right) + \ln \left(1-\frac{d_0}{d}\right),</math>

gdzie:
* <math>d_0, d</math> – grubość warstwy odpowiednio suchego i spęczniałego polimeru.

Przekroczenie ciśnienia par ([[Para przesycona|przesycenie]]) prowadzi do skraplania rozpuszczalnika, co w następstwie skutkuje niekontrolowanym pęcznieniem oraz rozpuszczeniem filmu. Ostatecznie możliwe jest całkowite odłączenie się filmu polimerowego od powierzchni podłoża<ref name="Emerson" />. Stan równowagi procesu jest wrażliwy na zmiany temperatury, co obrazuje [[Równanie Clausiusa-Clapeyrona|równanie Clausiusa-Clappeyrona]] (wiążące prężność par z temperaturą i entalpią), w którym temperatura jest w wykładniku.

== Przypisy ==
<references>
<ref name=":0">{{cytuj |autor = Giovanna De Luca, Emanuele Treossi, Andrea Liscio, Jeffrey M. Mativetsky, Luigi Monsù Scolaro |tytuł = Solvent vapour annealing of organic thin films: controlling the self-assembly of functional systems across multiple length scales |czasopismo = Journal of Materials Chemistry |data = 2010 |data dostępu = 2022-04-12 |issn = 0959-9428 |wolumin = 20 |numer = 13 |s = 2493 |doi = 10.1039/b921612j |język = en}}</ref>
<ref name="Brandrup">{{cytuj |redaktor = J. Brandrup, E. H. Immergut, Eric A. Grulke |tytuł = Polymer Handbook |data = 1999 |isbn = 0-471-16628-6 |wydanie = 4 |miejsce = New York |wydawca = Wiley |oclc = 39849338 |język = en}}</ref>
<ref name="Emerson">{{cytuj |autor = Jillian A. Emerson, Daniel T. W. Toolan, Jonathan R. Howse, Eric M. Furst, Thomas H. Epps |tytuł = Determination of Solvent–Polymer and Polymer–Polymer Flory–Huggins Interaction Parameters for Poly(3-hexylthiophene) via Solvent Vapor Swelling |czasopismo = Macromolecules |data = 2013-08-27 |data dostępu = 2022-04-12 |issn = 0024-9297 |wolumin = 46 |numer = 16 |s = 6533–6540 |doi = 10.1021/ma400597j}}</ref>
<ref name="Flory">{{cytuj |autor = Paul J. Flory |tytuł = Principles of Polymer Chemistry |data = 1953 |isbn = 0-8014-0134-8 |miejsce = Ithaca, N.Y. |oclc = 542497 |url = https://books.google.pl/books?id=CQ0EbEkT5R0C |data dostępu = 2022-05-06 |język = en}}</ref>
<ref name="Jaczewska">{{cytuj |autor = J. Jaczewska, I. Raptis, A. Budkowski, D. Goustouridis, J. Raczkowska |tytuł = Swelling of poly(3-alkylthiophene) films exposed to solvent vapors and humidity: Evaluation of solubility parameters |czasopismo = Synthetic Metals |data = 2007-09-01 |data dostępu = 2022-04-12 |issn = 0379-6779 |wolumin = 157 |numer = 18 |s = 726–732 |doi = 10.1016/j.synthmet.2007.07.015 |język = en}}</ref>
<ref name="Lundy">{{cytuj |autor = Ross Lundy, Shauna P. Flynn, Cian Cummins, Susan M. Kelleher, Maurice N. Collins |tytuł = Controlled solvent vapor annealing of a high χ block copolymer thin film |czasopismo = Physical Chemistry Chemical Physics |data = 2017 |data dostępu = 2022-04-12 |issn = 1463-9076 |wolumin = 19 |numer = 4 |s = 2805–2815 |doi = 10.1039/C6CP07633E |język = en}}</ref>
<ref name="Nelson">{{cytuj |autor = Gunnar Nelson, Chloe Drapes, Meagan Grant, Ryan Gnabasik, Jeffrey Wong |tytuł = High-Precision Solvent Vapor Annealing for Block Copolymer Thin Films |czasopismo = Micromachines |data = 2018-05-29 |data dostępu = 2022-04-12 |issn = 2072-666X |wolumin = 9 |numer = 6 |s = 271 |doi = 10.3390/mi9060271 |pmid = 30424204 |pmc = PMC6187827 |język = en}}</ref>
<ref name="Rubinstein">{{cytuj |autor = Michael Rubinstein, Ralph H. Colby |tytuł = Polymer Physics |data = 2003 |isbn = 0-19-852059-X |miejsce = Oxford |wydawca = Oxford University Press |oclc = 50339757 |język = en}}</ref>
<ref name="Xu">{{cytuj |autor = Jing Xu, Xueqiang Liu, Wenlong Hou, Huiyun Guo, Lan Yu |tytuł = Effect of solvent–vapour annealing on morphology, structure of copper(II) phthalocyanine thin films and device performance |czasopismo = Bulletin of Materials Science |data = 2018-08 |data dostępu = 2022-04-12 |issn = 0250-4707 |wolumin = 41 |numer = 4 |s = 111 |doi = 10.1007/s12034-018-1618-y |język = en}}</ref>
</references>

[[Kategoria:Chemia polimerów]]
[[Kategoria:Kopolimery]]