Polymeric surface
پولیمرک مواد کا وسیع پیمانے پر استعمال ان کی ورسٹائل خصوصیات، لاگت کی تاثیر، اور انتہائی موزوں پیداوار کی وجہ سے ہوتا ہے۔ پولیمر کی ترکیب کی سائنس بلک پولیمر نمونے کی خصوصیات پر بہترین کنٹرول کی اجازت دیتی ہے۔ تاہم، پولیمر سبسٹریٹس کی سطح پر تعاملات بائیوٹیکنالوجی، نینو ٹیکنالوجی، اور کوٹنگ ایپلی کیشنز کی تمام شکلوں میں مطالعہ کا ایک لازمی شعبہ ہیں۔ ان صورتوں میں، پولیمر اور مواد کی سطح کی خصوصیات، اور ان کے درمیان پیدا ہونے والی قوتیں بڑی حد تک اس کی افادیت اور وشوسنییتا کا تعین کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز میں، غیر ملکی مواد کے لیے جسمانی ردعمل، اور اس طرح بائیو مطابقت، سطح کے تعاملات کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، سطح سائنس کوٹنگز کی تشکیل، تیاری اور اطلاق کا لازمی حصہ ہے۔ کیمیائی طریقے ایک پولیمرک مواد کو سطح یا انٹرفیس پر چھوٹے موئٹیز، اولیگومرز، اور یہاں تک کہ دیگر پولیمرز (گرافٹنگ کوپولیمرز) کے اضافے سے فعال کیا جا سکتا ہے۔ پولیمر کیمسٹری کے تناظر میں گرافٹنگ سے مراد کسی سطح پر پولیمر زنجیروں کا اضافہ ہوتا ہے۔ نام نہاد 'گرافٹنگ آنٹو' میکانزم میں، ایک پولیمر چین حل سے باہر کی سطح پر جذب ہوتا ہے۔ زیادہ وسیع 'گرافٹنگ فرام' میکانزم میں، ایک پولیمر چین شروع کیا جاتا ہے اور سطح پر پھیلایا جاتا ہے۔ چونکہ 'گرافٹنگ آنٹو' طریقہ کار میں استعمال ہونے والی پری پولیمرائزڈ زنجیروں میں حل میں تھرموڈینامک طور پر پسندیدہ تشکیل ہوتی ہے (ایک توازن ہائیڈروڈائنامک حجم)، اس لیے ان کی جذب کثافت خود محدود ہوتی ہے۔ اس لیے پولیمر کے جریشن کا رداس پولیمر زنجیروں کی تعداد میں محدود عنصر ہے جو سطح تک پہنچ سکتے ہیں اور چپکے رہ سکتے ہیں۔ 'گرافٹنگ فرام' تکنیک اس رجحان کو روکتی ہے اور گرافٹنگ کی زیادہ کثافت کی اجازت دیتی ہے۔ "آنٹو"، "فرام"، اور "تھرو" گرافٹنگ کے عمل اس سطح کی کیمیائی رد عمل کو تبدیل کرنے کے مختلف طریقے ہیں جس سے وہ منسلک ہوتے ہیں۔ اس پر گرافٹنگ ایک پہلے سے تشکیل شدہ پولیمر کو، عام طور پر "مشروم کے نظام" میں، حل میں کسی بوند یا مالا کی سطح پر چپکنے کی اجازت دیتی ہے۔ کنڈلی پولیمر کے بڑے حجم اور اس کی وجہ سے پیدا ہونے والی سٹیرک رکاوٹ کی وجہ سے، 'سے گرافٹنگ' کے مقابلے میں 'پر' کے لیے گرافٹنگ کی کثافت کم ہوتی ہے۔ مالا کی سطح پولیمر سے گیلی ہوتی ہے اور محلول میں تعامل پولیمر کو زیادہ لچکدار بناتا ہے۔ مالا کی سطح سے پولیمر گرافٹڈ، یا پولیمرائزڈ کی 'توسیعی تشکیل' کا مطلب ہے کہ مونومر حل میں ہونا چاہیے اور وہاں لیوفیلک کے لیے ہونا چاہیے۔ اس کے نتیجے میں ایک پولیمر ہوتا ہے جس کا حل کے ساتھ سازگار تعامل ہوتا ہے، جس سے پولیمر زیادہ لکیری شکل اختیار کرتا ہے۔ اس لیے گرافٹنگ میں گرافٹنگ کی کثافت زیادہ ہوتی ہے کیونکہ زنجیر کے سروں تک زیادہ رسائی ہوتی ہے۔ پیپٹائڈ کی ترکیب مصنوعی عمل سے 'گرافٹنگ' کی ایک مثال فراہم کر سکتی ہے۔ اس عمل میں، ایک امینو ایسڈ کی زنجیر پولیمر مالا کی سطح سے سنکشیپن رد عمل کے ایک سلسلے کے ذریعے اگائی جاتی ہے۔ یہ گرافٹنگ تکنیک پیپٹائڈ کی ساخت پر بہترین کنٹرول کی اجازت دیتی ہے کیونکہ بانڈڈ چین کو پولیمر سے خارج کیے بغیر دھویا جا سکتا ہے۔ پولیمرک کوٹنگز اپلائیڈ گرافٹنگ تکنیک کا ایک اور شعبہ ہے۔ پانی سے پیدا ہونے والے پینٹ کی تشکیل میں، لیٹیکس کے ذرات کو اکثر ذرات کے پھیلاؤ کو کنٹرول کرنے کے لیے سطح پر تبدیل کیا جاتا ہے اور اس طرح کوٹنگ کی خصوصیات جیسے چپچپا پن، فلم کی تشکیل، اور ماحولیاتی استحکام (یو وی نمائش اور درجہ حرارت میں تغیرات)۔ آکسیڈیشن پلازما پروسیسنگ، کورونا ٹریٹمنٹ، اور شعلہ ٹریٹمنٹ سبھی کو سطح کے آکسیڈیشن میکانزم کے طور پر درجہ بند کیا جا سکتا ہے۔ ان تمام طریقوں میں مواد میں پولیمر زنجیروں کا پھٹنا اور کاربونل، اور ہائیڈروکسیل فنکشنل گروپوں کو شامل کرنا شامل ہے۔ سطح میں آکسیجن کو شامل کرنے سے سطح کی زیادہ توانائی پیدا ہوتی ہے جس سے سبسٹریٹ کو لیپت کیا جا سکتا ہے۔ طریقہ کار پولیمرک سطحوں کو آکسائڈائز کرنا کورونا علاج کسی مواد، اکثر پولیمر اور قدرتی ریشوں کی سطح کی توانائی کو بڑھانے کے لیے کم درجہ حرارت والے کورونا خارج ہونے والے مادہ کا استعمال کرتے ہوئے سطح میں ترمیم کا ایک طریقہ ہے۔ زیادہ تر عام طور پر، ایک پتلی پولیمر شیٹ کو ہائی وولٹیج الیکٹروڈ کی صف کے ذریعے رول کیا جاتا ہے، جس میں سطح کو فعال کرنے کے لیے بنائے گئے پلازما کا استعمال کیا جاتا ہے۔ اس طرح کے علاج کی محدود دخول کی گہرائی بلک مکینیکل خصوصیات کو محفوظ رکھتے ہوئے بہت بہتر چپکنے والی فراہم کرتی ہے۔ تجارتی طور پر، پلاسٹک کی پیکیجنگ کے مواد پر متن اور تصاویر پرنٹ کرنے سے پہلے بہتر ڈائی چپکنے کے لیے کورونا ٹریٹمنٹ کا وسیع پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے۔ کورونا کے علاج کے بعد بقیہ اوزون کی خطرناک نوعیت پروسیسنگ کے دوران محتاط فلٹریشن اور وینٹیلیشن کا تعین کرتی ہے، جس سے اس کے نفاذ کو سخت اتپریرک فلٹرڈ سسٹم والی ایپلی کیشنز تک محدود کر دیا جاتا ہے۔ یہ حد کھلی لائن مینوفیکچرنگ کے عمل کے اندر وسیع پیمانے پر استعمال کو روکتی ہے۔ کئی عوامل شعلہ علاج کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں جیسے ہوا سے گیس کا تناسب، تھرمل آؤٹ پٹ، سطح کا فاصلہ، اور آکسیکرن زون میں رہنے کا وقت۔ اس عمل کے تصور کے بعد، ایک کورونا علاج فوری طور پر فلم کے اخراج کے بعد ہوا، لیکن محتاط نقل و حمل کی تکنیکوں کی ترقی بہتر مقام پر علاج کی اجازت دیتی ہے۔ اس کے برعکس، ان لائن کورونا علاج کو مکمل پیمانے پر پروڈکشن لائنوں میں نافذ کیا گیا ہے جیسے کہ اخبار کی صنعت میں۔ یہ ان لائن حل زیادہ سالوینٹ کے استعمال کی وجہ سے گیلی ہونے والی خصوصیات میں کمی کا مقابلہ کرنے کے لیے تیار کیے گئے ہیں۔ ماحول اور دباؤ پر منحصر پلازما پروسیسنگ پلازما پروسیسنگ انٹرفیسیل توانائیاں فراہم کرتی ہے اور موازنہ کے عمل سے بڑے مونومر ٹکڑوں کو انجکشن کرتی ہے۔ تاہم، محدود بہاؤ اعلی عمل کی شرحوں کو روکتے ہیں۔ اس کے علاوہ، پلازما تھرموڈینامک طور پر ناموافق ہوتے ہیں اور اس لیے پلازما پر عمل شدہ سطحوں میں یکسانیت، مستقل مزاجی اور استحکام کی کمی ہوتی ہے۔ پلازما پروسیسنگ کے ساتھ یہ رکاوٹیں اسے صنعت کے اندر مسابقتی سطح میں ترمیم کا طریقہ بننے سے روکتی ہیں۔ یہ عمل آئنائزیشن کے ذریعے پلازما کی پیداوار کے ساتھ شروع ہوتا ہے یا تو مونومر مرکب یا گیس کیریئر آئنوں پر جمع ہونے سے۔ ضروری پلازما بہاؤ پیدا کرنے کے لیے درکار طاقت فعال حجم بڑے پیمانے پر/توانائی کے توازن سے حاصل کی جا سکتی ہے: جہاں فعال حجم ہے آئنائزیشن کی شرح غیر جانبدار کثافت ہے الیکٹران کثافت پھیلاؤ، کنویکشن، منسلک، اور ریکومبینیشن کے ذریعے آئن کا نقصان ہے۔ عام طور پر براہ راست کرنٹ (ڈی سی)، ریڈیو فریکوئنسی (آر ایف)، یا مائکروویو پاور کے ذریعے پھیلاؤ شروع کیا جاتا ہے۔ گیس آئنائزیشن کی کارکردگی کیریئر پلازما اور سبسٹریٹ کے لحاظ سے بجلی کی کارکردگی کو دس گنا سے زیادہ کم کر سکتی ہے۔ شعلہ پلازما پروسیسنگ شعلہ علاج سطح کی توانائی اور پولی اولیفن اور دھاتی اجزاء کی نمی کو بڑھانے کا ایک کنٹرول شدہ، تیز رفتار، لاگت سے موثر طریقہ ہے۔ یہ اعلی درجہ حرارت والا پلازما علاج سطح کے مالیکیولز کو پگھلتے ہوئے قطبی فعال گروپوں کو شامل کرنے کے لیے سطح پر جیٹ شعلوں کے ذریعے آئنائزڈ گیس آکسیجن کا استعمال کرتا ہے، اور ٹھنڈا ہونے پر انہیں جگہ پر بند کر دیتا ہے۔ مختصر آکسیجن پلازما کی نمائش کے ساتھ علاج شدہ تھرمو پلاسٹک پولی تھیلین اور پولی پروپیلین نے رابطے کے زاویے کو 22 ڈگری تک کم دیکھا ہے، اور اس کے نتیجے میں سطح کی ترمیم مناسب پیکیجنگ کے ساتھ سالوں تک چل سکتی ہے۔ طبی صنعت میں طلب کی جانے والی درستگی اور لاگت کی تاثیر کی وجہ سے شعلہ پلازما کا علاج انٹراواسکولر آلات جیسے بیلون کیتھیٹرز میں تیزی سے مقبول ہو گیا ہے۔ گرافٹنگ کی تکنیکیں کسی سطح پر کوپولیمرز کو گرافٹ کرنے کا تصور پولیمرک زنجیروں کو ساختی طور پر مختلف پولیمر سبسٹریٹ میں فکس کرنے کے طور پر کیا جا سکتا ہے جس کا مقصد بلک مکینیکل خصوصیات کو محفوظ رکھتے ہوئے سطح کی فعالیت کو تبدیل کرنا ہے۔ سطح کی فعالیت کی نوعیت اور ڈگری کا تعین کوپولیمر کے انتخاب اور گرافٹنگ کی قسم اور حد دونوں سے ہوتا ہے۔ فوٹو گرافی فنکشنل ونائل مونومرز کو گرافٹ کرکے پولی اولیفنس، پالئیسٹرز اور پولیمائڈز کی غیر فعال سطحوں کی ترمیم کو ہائیڈروفوبیسیٹی، ڈائی جذب اور پولیمر چپکنے کو بڑھانے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ فوٹو گرافی کا یہ طریقہ عام طور پر مسلسل تنت یا پتلی فلم پروسیسنگ کے دوران استعمال ہوتا ہے۔ بڑے پیمانے پر تجارتی پیمانے پر، گرافٹنگ تکنیک کو فوٹو انیشیٹڈ لیمینیشن کہا جاتا ہے، جہاں مطلوبہ سطحوں کو دونوں فلموں کے درمیان پولیمرک چپکنے والے نیٹ ورک کو گرافٹ کرکے جوڑا جاتا ہے۔ پالیولیفنز، پالئیسٹرز، اور پولیمائڈز کے کم چپکنے اور جذب کو ایک ابتدائی اور مونومر کے یووی تابکاری کے ذریعے بہتر بنایا جاتا ہے جو بخارات کے مرحلے کے ذریعے سبسٹریٹ میں منتقل ہوتا ہے۔ سوراخ دار سطحوں کی فنکشنلائزیشن نے اعلی درجہ حرارت کی فوٹو گرافی کی تکنیکوں کے ساتھ بڑی کامیابی دیکھی ہے۔ مائیکرو فلوڈک چپس میں، فنکشنلائزنگ چینلز جنکشن کے درمیان اور اس کے اندر لیمیلر رویے کو محفوظ رکھنے کے لیے ہدایت شدہ بہاؤ کی اجازت دیتے ہیں۔ مائیکرو فلوڈک ایپلی کیشنز میں منفی ہنگامہ خیز بہاؤ چینل کے باہمی انحصار اور نیٹ ورک کی پیچیدگی کی بڑھتی ہوئی سطح کی وجہ سے اجزاء کی ناکامی کے طریقوں کو مرکب کر سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، مائیکرو فلوئڈک چینلز کے امپرنٹ شدہ ڈیزائن کو اعلی درجے کی درستگی کے ساتھ متعلقہ چینلز کی فوٹو گرافی کے لیے دوبارہ پیش کیا جا سکتا ہے۔ سطح کی تجزیاتی تکنیکیں سطح کی توانائی کی پیمائش صنعتی کورونا اور پلازما کے عمل میں، کسی دیئے گئے سبسٹریٹ پر سطح کی مناسب فعالیت کی تصدیق کے لیے لاگت سے موثر اور تیز تجزیاتی طریقوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ سطح کی توانائی کی پیمائش مائکروسکوپی یا سپیکٹروسکوپی کی ضرورت کے بغیر سطح کے فعال گروپوں کی موجودگی کی تصدیق کے لیے ایک بالواسطہ طریقہ ہے، جو اکثر مہنگے اور مطالبہ کرنے والے اوزار ہوتے ہیں۔ رابطہ زاویے کی پیمائش (گونیومیٹری) کا استعمال علاج شدہ اور غیر علاج شدہ سطح کی سطح کی توانائی کو تلاش کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ ینگ کا رشتہ سطحی توانائی کو تلاش کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے یہ فرض کرتے ہوئے کہ تجرباتی حالات کو تین مراحل کے توازن تک آسان بنایا جائے (یعنی۔ مائع ڈراپ ایک کنٹرول شدہ ماحول میں چپٹی سخت ٹھوس سطح پر لاگو ہوتا ہے)، جہاں ٹھوس-مائع، مائع-گیس، یا ٹھوس-گیس انٹرفیس کی سطح کی توانائی کی نشاندہی کرتا ہے وہ ماپا ہوا رابطہ زاویہ ہے معلوم سطح کے تناؤ کے ساتھ حل کا ایک سلسلہ (مثال کے طور پر، ڈائن حل) ہر ایک کی نمی کا مشاہدہ کرکے پولیمر سبسٹریٹ کی سطح کی توانائی کا معیاری اندازہ لگانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ یہ طریقے میکروسکوپک سطح کے آکسیکرن پر لاگو ہوتے ہیں، جیسا کہ صنعتی پروسیسنگ میں ہوتا ہے۔ انفراریڈ سپیکٹروسکوپی آکسیڈائزنگ علاج کے معاملے میں، علاج شدہ سطحوں سے لیا گیا سپیکٹرا انفراریڈ سپیکٹروسکوپی ارتباط ٹیبل کے مطابق کاربونل اور ہائیڈروکسیل علاقوں میں فعالیت کی موجودگی کی نشاندہی کرے گا۔ ایکس پی ایس اور ای ڈی ایس ایکس رے فوٹو الیکٹران سپیکٹروسکوپی (ایکس پی ایس) اور انرجی ڈسپرسیو ایکس رے سپیکٹروسکوپی (ای ڈی ایس/ای ڈی ایکس) ساخت کی خصوصیت کی تکنیکیں ہیں جو کیمیائی ساخت کی مقدار کے لیے توانائی کی سطح کو مجرد کرنے کے لیے الیکٹرانوں کے ایکس رے ایکسائٹیشن کا استعمال کرتی ہیں۔ یہ تکنیکیں سطح کی گہرائی میں 1-10 نینو میٹر کی خصوصیت فراہم کرتی ہیں، تقریبا پلازما اور کورونا کے علاج میں آکسیکرن کی حد۔ اس کے علاوہ، یہ عمل سطح کی ساخت میں خوردبین تغیرات کی خصوصیت کا فائدہ پیش کرتے ہیں۔ پلازما پروسیس شدہ پولیمر سطحوں کے تناظر میں، آکسیڈائزڈ سطحیں واضح طور پر آکسیجن کا زیادہ مواد دکھائیں گی۔ بنیادی تجزیہ مقداری ڈیٹا کو حاصل کرنے اور عمل کی کارکردگی کے تجزیے میں استعمال کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ اٹامک فورس مائکروسکوپی (اے ایف ایم)، ایک قسم کی اسکیننگ فورس مائکروسکوپی، ہائی ریزولوشن (نینو میٹر کے حصے کی ترتیب پر) کے ساتھ جوہری سطحوں میں تین جہتی ٹپوگرافیکل تغیرات کی نقشہ سازی کے لیے تیار کی گئی تھی۔ اے ایف ایم کو الیکٹران ٹرانسمیشن اور اسکیننگ مائکروسکوپی طریقوں (ایس ای ایم اور ایس ٹی ایم) کی مادی ترسیل کی حدود پر قابو پانے کے لیے تیار کیا گیا تھا۔ 1985 میں بنیگ، کویٹ اور گیربے کے ذریعہ ایجاد کردہ، ایٹم فورس مائکروسکوپی جوہری سطحوں میں تغیرات کی پیمائش کے لیے لیزر بیم کے انحراف کا استعمال کرتی ہے۔ یہ طریقہ مواد کے ذریعے الیکٹران کی ترسیل میں تغیر پر انحصار نہیں کرتا، جیسا کہ اسکیننگ ٹنلنگ خوردبین (ایس ٹی ایم) کرتا ہے، اور اس وجہ سے پولیمر سمیت تقریبا تمام مواد پر خوردبین کی اجازت دیتا ہے۔ پولیمرک سطحوں پر اے ایف ایم کا اطلاق خاص طور پر سازگار ہے کیونکہ پولیمر میں کرسٹلینیٹی کی عمومی کمی سطح کی ٹپوگرافی میں بڑے تغیرات کا باعث بنتی ہے۔ سرفیس فنکشنلائزیشن تکنیک جیسے گرافٹنگ، کورونا ٹریٹمنٹ، اور پلازما پروسیسنگ سطح کی کھردری میں بہت زیادہ اضافہ کرتی ہیں (غیر پروسیس شدہ سبسٹریٹ سطح کے مقابلے میں) اور اس لیے اے ایف ایم کے ذریعے درست طریقے سے ماپا جاتا ہے۔ بائیو میٹریل سطحوں کو اکثر ہلکے فعال میکانزم (جیسے فوٹو گرافٹنگ) کا استعمال کرتے ہوئے ترمیم کیا جاتا ہے تاکہ بلک مکینیکل خصوصیات سے سمجھوتہ کیے بغیر سطح کو فعال کیا جا سکے۔ پولیمر کو حیاتیاتی طور پر غیر فعال رکھنے کے لیے سطحوں میں ترمیم کا وسیع استعمال بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز جیسے قلبی اسٹنٹ اور بہت سے کنکال پروستھیسز میں پایا گیا ہے۔ فنکشنلائزنگ پولیمر سطحیں پروٹین کے جذب کو روک سکتی ہیں، جو بصورت دیگر امپلانٹ پر سیلولر تفتیش شروع کر سکتی ہیں، جو طبی مصنوعی اعضاء کا ایک غالب ناکامی کا طریقہ ہے۔ طبی صنعت کے اندر تنگ حیاتیاتی مطابقت کی ضروریات نے پچھلے دس سالوں میں درستگی کی بے مثال سطح تک پہنچنے کے لیے سطح میں ترمیم کی تکنیکوں کو چلایا ہے۔ کوٹنگز پانی سے پیدا ہونے والی کوٹنگز میں، ایک آبی پولیمر کا منتشر ہونا سالوینٹ کے بخارات میں تبدیل ہونے کے بعد سبسٹریٹ پر ایک فلم بناتا ہے۔ پولیمر ذرات کی سطحی فنکشنلائزیشن کوٹنگ فارمولیشن کا ایک کلیدی جزو ہے جو منتشر ہونے، فلم کی تشکیل کے درجہ حرارت، اور کوٹنگ ریوولوجی جیسی خصوصیات پر قابو پانے کی اجازت دیتا ہے۔ منتشر کرنے والی امداد میں اکثر پولیمر ذرات کی سٹیریک یا الیکٹروسٹیٹک پسپائی شامل ہوتی ہے، جو کولائڈ استحکام فراہم کرتی ہے۔ منتشر کرنے والی امداد لیٹیکس کے ذرات کو جذب کرتی ہے (جیسا کہ اسکیم پر گرافٹنگ میں) جو انہیں فعالیت دیتی ہے۔ دیگر اضافی اشیاء کی ایسوسی ایشن، جیسے کہ دائیں طرف اسکیمیٹک میں دکھائے گئے گاڑھا کرنے والے، جذب شدہ پولیمر مواد کے ساتھ پیچیدہ ریوولوجیکل رویے اور کوٹنگ کے بہاؤ کی خصوصیات پر بہترین کنٹرول کو جنم دیتے ہیں۔ سرفیس ترمیم سرفیس انجینئرنگ ٹرائبولوجی حوالہ جات پولیمر کیمسٹری بھی دیکھیں۔