vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2025-70-3-219-229vestift-907Research ArticleСтатьиСтруктурно-морфологические особенности однокомпонентных и композиционных покрытий на основе полиэтилена, осажденных из активной газовой фазыStructural and morphological features of single-component and composite polyethylene-based coatings deposited from active gas phaseГорбачевД. Л.GorbachevD. L.

Горбачев Дмитрий Леонидович – научный  сотрудник  научно-исследовательского  сектор

ул. Советская, 104, 246028, Гомель

Dmitry L. Gorbachev – Researcher, Research Department 

104, Sovetskaya St., 246028, Gomel

gorbachyov@gsu.byЯрмоленкоМ. А.YarmolenkoM. A.

Ярмоленко Максим Анатольевич – доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник научно-исследовательского сектора 

ул. Советская, 104, 246028, Гомель

Maxim A. Yarmolenko – Dr. Sci. (Engineering), Professor, Chief Researcher of the Research Department 

104, Sovetskaya St., 246028, Gomel

simmak79@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4993-0519РогачевА. А.RogachevA. A.

Рогачев Александр Александрович – член-корреспондент  Национальной  академии  наук  Беларуси,  доктор технических наук, профессор, директор 

ул. Ф. Скорины, 36, 220084, Минск

Alexander A. Rogachev – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Director

36, F. Skaryna St., 220084, Minsk

rogachev@ichnm.byГомельский государственный университет имени Франциска СкориныFrancisk Skorina Gomel State UniversityИнститут химии новых материалов Национальной академии наук БеларусиInstitute of Chemistry of New Materials of the National Academy of Sciences of Belarus202514102025703219229Copyright © Горбачев Д.Л., Ярмоленко М.А., Рогачев А.А., 20252025Горбачев Д.Л., Ярмоленко М.А., Рогачев А.А.Gorbachev D.L., Yarmolenko M.A., Rogachev A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/907

Методом атомно-силовой, инфракрасной спектроскопии определены морфология и молекулярная структура наноразмерных покрытий, осажденных из летучих продуктов электронно-лучевого диспергирования полиэтилена и его смеси с хлоридом алюминия в условиях лазерного ассистирования и без него. Покрытия осаждались на подложки кремния, модифицированные с целью изменения поверхностной энергии. Установлено, что при диспергировании однокомпонентной мишени полиэтилена снижение поверхностной энергии сопровождается монотонным уменьшением шероховатости, среднего размера зерна, повышением фрактальной размерности структурных образований. Покрытия, осажденные из продуктов диспергирования полиэтилена и хлорида алюминия, характеризуются значительно меньшей шероховатостью, меньшим объемом зерна в сравнении с покрытиями, осажденными при диспергировании однокомпонентной мишени, и их структурно-морфологические параметры не коррелируют с изменением поверхностной энергии. Установлено, что лазерное ассистирование электронно-лучевого диспергирования незначительно влияет на молекулярную структуру покрытий. Использование данных слоев в силу их антифрикционных и гидрофобных свойств перспективно в устройствах микроэлектроники и микрофлюидики.

Atomic force microscopy and infrared spectroscopy were used to investigate the morphology and molecular structure of nanoscale coatings deposited from volatile products of electron-beam dispersion (EBD) of polyethylene (PE) and its mixture with aluminum chloride, both with and without laser assistance. The coatings were deposited onto silicon substrates modified to vary surface energy. It was found that in the case of single-component PE targets, decreasing surface energy leads to a monotonic reduction in surface roughness and average grain size, as well as an increase in the fractal dimension of structural formations. Coatings obtained from the dispersion products of PE + AlCl3 mixtures exhibit significantly lower roughness and smaller grain volumes compared to those formed from single-component targets. However, their structural and morphological parameters do not correlate with the substrate’s surface energy. Laser stimulation during electron-beam dispersion has a minor effect on the molecular structure of the coatings. Using of these layers due to their antifriction and hydrophobic properties is promising in microelectronics and microfluidics devices.

электронно-лучевое диспергированиелазерное ассистированиепокрытия полиэтиленаморфологияатомно-силовая микроскопияelectron-beam dispersionlaser assistancepolyethylene coatingsmorphologyatomic force microscopyработа выполнена в рамках Государственной программы научных исследований «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия» на 2021–2025 годы, подпрограмма «Лесохимия-2» комплексного задания 2.4.2.this work was carried out within the framework of the State Scientific Research Program “Chemical Processes, Reagents and Technologies, Bioregulators and Bioorganic Chemistry” for 2021–2025, subprograms “Forest Chemistry-2” of the complex task 2.4.2.ReferencesКутепов, А. М. Вакуумно-плазменное и плазменно-растворное модифицирование полимерных материалов / А. М. Кутепов, А. Г. Захаров, А. И. Максимов; отв. ред. А. Ю. Цивадзе. – М.: Наука, 2004. – 496 с.Kutepov A. M., Zakharov A. G., Maksimov A. I. Vacuum-Plasma and Plasma-Solution Modification of Polymeric Materials. Moscow, Nauka Publ., 2004. 496 p. (in Russian).Gritsenko, K. P. Thin-film deposition of polymers by vacuum degradation / K. P. Gritsenko, A. M. Krasovsky // Chemical Reviews. – 2003. – Vol. 103, №. 9. – P. 3607–3650. https://doi.org/10.1021/cr010449qGritsenko K. P., Krasovsky A. M. Thin-film deposition of polymers by vacuum degradation. Chemical Reviews, 2003, vol. 103, no. 9, pp. 3607–3650. https://doi.org/10.1021/cr010449qМикро- и нанокомпозиционные полимерные покрытия, осаждаемые из активной газовой фазы / М. А. Яр моленко, А. А. Рогачев, П. А. Лучников [и др.]; под ред. А. В. Рогачева. – М.: Радиотехника, 2016. – 424 с.Yarmolenko M. A., Rogachev A. A., Luchnikov P. A., Rogachev A. V., Khun D. S. Micro- and Nanocomposite Polymeric Coatings Deposited from the Active Gas Phase. Moscow, Radiotekhnika Publ., 2016. 424 p. (in Russian).Herman, I. P. Laser-assisted deposition of thin films from gas-phase and surface-adsorbed molecules / I. P. Herman // Che mical Reviews. – 1989. – Vol. 89, №. 6. – P. 1323–1357.Herman I. P. Laser-assisted deposition of thin films from gas-phase and surface-adsorbed molecules. Chemical Reviews, 1989, vol. 89, no. 6, pp. 1323–1357.Рогачев, А. А. Физико-химия полимерных покрытий, осаждаемых из активной газовой фазы / А. А. Рогачев. – М.: Научный мир, 2014. – 287 с.Rogachev A. A. Physicochemistry of Polymeric Coatings Deposited from the Active Gas Phase. Moscow, Nauchnyi mir Publ., 2014. 287 p. (in Russian).Features of electron beam deposition of polymer coatings with the prolonged release of the drug component / Beibei Li, Yiming Liu, A. V. Rogachev [et al.] // Materials Science and Engineering: C. – 2020. – Vol. 110. – P. 110730–110742. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.110730Li B., Liu Y., Rogachev A. V., Rogachev A. A., Jiang X., Yarmolenko M. A., Yarmolenko V. A. Features of electron beam deposition of polymer coatings with the prolonged release of the drug component. Materials Science and Engineering: C, 2020, vol. 110, art. ID 110730. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.110730Molecular structure, optical, electrical and sensing properties of PANI-based coatings with silver nanoparticles deposited from the active gas phase / A. A. Ragachev, M. A. Yarmolenko, Jiang Xiaohong [et al.] // Applied Surface Science. – 2015. – Vol. 351. – P. 811–818. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.06.008Ragachev A. A., Yarmolenko M. A., Xiaohong Jiang, Shen Ruiqi, Luchnikov P. A., Rogachev A. V. Molecular structure, optical, electrical and sensing properties of PANI-based coatings with silver nanoparticles deposited from the active gas phase. Applied Surface Science, 2015, vol. 351, pp. 811–818. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.06.008Pretsch, E. Structure Determination of Organic Compounds: Tables of Spectral Data / E. Pretsch, P. Bühlmann, C. Affolter. – 3rd ed. – Berlin: Springer, 2000. – XV, 421 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04201-4Pretsch E., Bühlmann P., Affolter С. Structure Determination of Organic Compounds: Tables of Spectral Data. 3rd ed. Berlin, Springer, 2000. XV, 421 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04201-4Beyler, C. L. Thermal decomposition of polymers / C. L. Beyler, M. M. Hirschler // SFPE Handbook of Fire Protection Engineering / еd. P. J. DiNenno [et al.]. – 3rd ed. – National Fire Protection Association, Society of Fire Protection Engineers, 2002. – P. 1-110–1-131.Beyler C. L., Hirschler M. M. Thermal decomposition of polymers. DiNenno P. J. (ed.). SFPE Handbook of Fire Protection Engineering. 3rd ed. National Fire Protection Association, Society of Fire Protection Engineers, 2002, pp. 1-110–1-131.Брук, М. А. Полимеризация на поверхности твердых тел / М. А. Брук, С. А. Павлов. – М.: Химия, 1990. – 184 c.Bruk M. A., Pavlov S. A. Polymerization on the Surface of Solids. Moscow, Khimiya Publ., 1990. 184 p. (in Russian).Liu, Z. Electron-Beam Deposition of Polyethylene Composite Coatings at Various Initiators and Inhibitors Polymer / Z. Liu, A. V. Rogachev, B. Zhou [et al.] // Polymer Engineering and Science. – 2012. – Vol. 52, iss. 10. – P. 2134–2139. https://doi.org/10.1002/pen.23167Liu Z., Rogachev A. V., Zhou B., Yarmolenko M. A., Rogachev A. A., Gorbachev D. L., Jiang X. Electron-beam depo sition of polyethylene composite coatings at various initiators and inhibitors polymer. Polymer Engineering and Science, 2012, vol. 52, iss. 10, pp. 2134–2139. https://doi.org/10.1002/pen.23167Handbook of Industrial Polyethylene and Technology: Definitive Guide to Manufacturing, Properties, Processing, Applications and Markets Set / eds.: M. A. Spalding, A. Chatterjee. – John Wiley & Sons, 2017. – 1382 p. http://doi.org/10.1002/9781119159797Spalding M. A., Chatterjee A. (eds.). Handbook of Industrial Polyethylene and Technology: Definitive Guide to Manufacturing, Properties, Processing, Applications and Markets Set. John Wiley & Sons, 2017. 1382 p. http://doi.org/10.1002/9781119159797

The authors declare that there are no conflicts of interest present.