There are two main phenomena, either adsorption or depletion, when a molecule approaches to a surface. An attractive force builds an adsorption layer while a repulsive force creates a repulsive layer. The formation of an adsorption or depletion layer at an interface depends on the properties of a solvent and the specific interaction energy between the molecule and surface.
First, the issue of depletion phenomenon of rod molecules at surface is addressed. An extensive study of surface depletion based on binary mixtures of n-octane and n-tetracosane was presented, when the relatively longer chain molecules solidify below the theta temperature. In low concentrations of n-tetracosane, unique phenomena on the surface tension profile induced by surface depletion was founded. It depends on the concentration of n-tetracosane within a limited volume fraction range : 0.08~0.21. The results are satisfactorily described by the depletion dynamics with the values of the change of the surface tension immediate after the crystallization occurs within the volume fraction range 0.08~0.11
Second, a adsorbed sulfonated polystyrene on a silicon surface was studied in various solvents: pH4 buffered aqueous, organic and aqueous/organic mixed solutions by using neutron reflectivity. The unique interfacial behavior of the polymer brush prepared by the polyelectrolyte random copolymer having 12% and 27% sulfonate level was described. The specially designed liquid cells were used for neutron reflectivity, atomic force microscope and ellipsometry to investigate the behavior in different solvents,. The change of thickness, roughness and width of interfacial region were observed.
분자가 계면의 주변에서 adsorption(흡착)과 depletion(탈착)의 현상이 발생한다. 계면과 분자사이에 인력이 존재할 경우에는 흡착층을 형성하며 척력이 작용할경우에는 탈착층을 형성한다. 하나의 흡창층과 탈착층을 형성함에 있어 주변의 용매분자들의 성질과 분자와 계면과의 상호작용 에너지에 영향을 받는다.
먼저, 막대형 분자들이 계면에서 탈착을 보여주는 현상이 연구되어졌다. 선형 옥테인(n-octane)과 선형 테트라코세인(n-tetracosane)의 2종류의 분자들이 섞여있는 용액에서 발생되어지는 표면 탈착의 현상들이 실험되었다. 상대적으로 더 긴 체인을 가지고 있는 분자인 n-tetracosane이 임계온도 이하에서 고체화 되어질때 탈착층의 형성이 관찰되었다. n-tetracosane의 낮은 농도영역에서 표면탈착에 의해서 발생되어지는 표면장력 변화에 의한 고유한 현상들이 측정되었다. 특히 부피분율(volume fraction)이 0.08에서 0.21에 이르는 영역에서는 표면탈착에 의한 표면장력의 변화가 부피분율에 선형비례하였다. 이러한 결과들은 탈착이 발생하는 분자들의 동력학적인 관점에서 해석이 가능하였으며 선형분자가 결정화되어짐에 의한 용매내의 삼투압차에 의한 표면에너지의 증가분으로 설명되어졌다.
둘째로 실리콘웨이퍼위에 흡착되어진 술폰화 폴리스타이렌(adsorbed sulfonated polystytene)의 박막구조를 다양한 용매내에서 관찰하였다. 친수성용매로서 산호도 4로 종정되어진 물과 유기용매인 톨루엔, 사염화탄소($CCl_4$) 그리고 이들 유기용매와 친수성용매를 혼합한 용액들이 사용되어졌다. 이러한 브러쉬 박막은 중성자 반사장치(neutron reflectivity)를 통하여 실험되어졌다. 각기 12%와 27%로 술폰화되어진 비규칙적 폴리스타이렌(random polystyrene)분자들이 친수성으로 조절되어진 실리콘웨이퍼에 흡착된후 주변의 용매들의 변화에 따라 각각 다르게 나타나는 구조들이 관찰되어졌다. 또한 특별히 제작된 용액셀(liquid cell)은 Atomic Force Microscopy(원자 간력 현미경)과 타원편광장치(Ellipsometry), 그리고 중성자 반사장치(Neutron Reflectivity)등에 각각 사용하여 용액내에서 고분자 구조를 측정할 수 있게 하였다. 박막의 두께, 평활도, 그리고 계면의 면적등이 관찰되었다.
