En esta tesis se estudian distintos aspectos relacionados con la dinámica de
relajación y transiciones de fase de copolímeros dibloque. En el primer capítulo
se hace un breve resumen de las características más importantes de lo copolíme-
ros, y algunas aplicaciones de los mismos, sobre todo en procesos de nanoli-
tografía. Se detallan los modelos de Ginzburg-Landau y Brazovskii para un
sistema de copolímero dibloque, los cuales utilizaremos extensivamente durante
toda la tesis. En el segundo y tercer capítulo se estudian la formación y la dinámica de
defectos en estructuras hexagonales en films de copolímeros.
En los últimos tiempos los copolímeros han despertado un gran interés en
aplicaciones nanotecnológicas. Los procesos de nanolitografía con copolímeros
como molde es un campo tecnológico de interés creciente. El procedimiento bási-
co consiste en transferir el orden estructural presente en el copolímero sobre un
sustrato, generalmente de silicio. La aplicacıón de esta técnica ha posibilita-
do el desarrollo de arreglos de nanopuntos con densidades del orden de 1011
puntos por centímetro cuadrado. Para la implementaci´on definitiva de la técni-
ca es necesario generar patrones perfectamente ordenados en la estructura del
copolímero. Una técnica de fácil aplicación consiste en controlar la densidad
de defectos presentes en la estructura a través de un enfriamiento controlado
durante la transición de fase del copolímero. El segundo capítulo de esta tesis presenta los resultados obtenidos mediante simulación numérica, de la formación de estructuras hexagonales en copolímeros
para diferentes velocidades de enfriamiento. Los resultados obtenidos se compa-
ran con el modelo de Kibble-Zurek, desarrollado originalmente en el contexto
del modelo standard.El control de la densidad de defectos puede realizarse aplicando una defor-
mación controlada sobre el film de copol´ımero. En el tercer capítulo se estudia
la formación de inestabilidades sobre un sistema hexagonal de copolímeros fuera
del equilibrio. Se identifican las zonas de estabilidad e inestabilidad. Median-
te simulación numérica se estudia la dinámica de las inestabilidades generadas
sobre la estructura hexagonal. Las inestabilidades de Eckhaus y Zig-Zag, son
discutidas. Se analiza también la dinámica de dislocaciones bajo la aplicación
de un campo de tensiones o deformaciones y el proceso de aniquilación entre
dislocaciones. En el cuarto capítulo se estudia la separación de fases de copol´ımeros confina-
dos en bulk. La simulaciones num´ericas requieren un alto costo computacional,
debido al tamaño del sistema simulado. Un algoritmo sumamente eficiente es
requerido para resolver numéricamente el modelo de Ginzburg-Landau utilizado
para modelar los copolímeros. En este cap´ıtulo se detalla la implementación de
un algoritmo incondicionalmente estable para sistemas gradientes, denominado
algoritmo de Eyre. Se extiende el desarrollo a sistemas de copolímeros-solvente.
En la parte final del capítulo se detallan algunos ejemplos de aplicación del
modelo desarrollado. Se simulación la evolución temporal de un sistema de lamelas
confinado entre un sustrato r´ıgido y una superfice libre y la separación de fase
de un copolímero confinado en nanogotas generadas por el proceso de dewetting
espinodal. En el quinto y sexto cap´ıtulo se estudia la din´amica de una membrana de
copol´ımero. Se desarrolla el funcional de energ´ıa de Helfrich-Canham-Brazovskii
para estudiar la evoluci´on temporal de una membrana de copol´ımeros. Los pro-
cesos de inestabilidad el´astica (buckling) son analizados. Especificamente en el
quinto capítulo se estudia la dinámica de una membrana de copolímero con si-
metría hexagonal y en el sexto capítulo se analiza la dinamica de una membrana
con simetría esméctica. / This thesis examines various aspects related to the dynamics of relaxation
and process of phase transition in diblock copolymers. The first chapter provi-
des a brief summary of the most important features of block copolymer systems
and block copolymer thin films. Nano-technological applications of block co-
polymers, including pattern formation and the nanolithography process, are
also discussed. Equilibrium and dynamic properties of block copolymer systems
suffering a symmetry breaking phase transition are analyzed within the frame
of the Ginzburg-Landau and Brazovskii theories. The second and third chapters
explore the formation and dynamics of topological defects in block copolymer
thin films with hexagonal symmetry.
The second chapter of this thesis analyzes the process of defect formation
in a block copolymer thin film with hexagonal symmetry suffering an order-
disorder transition via spinodal decomposition. The process of defect formation
is analyzed as a function of the cooling rate through a time dependant Ginzburg-
Landau model. The results are successfully compared with the Kibble-Zurek
model employed in the literature to study the density of defect generated during
a symmetry breaking phase transition.
In the third chapter, the appearance of pattern instabilities emerging as a
consequence of external fields is studied though a linear instability analysis. By
numerical simulation, the dynamics of Eckhaus and Zig-Zag, instabilities are
explored. In this chapter, the dynamics of dislocations under the application of
a stress or strain field and the process of defect annihilation is also studied.
The fourth chapter examines the process of phase separation in tri-dimensionally
confined systems. To numerically solve the Ginzburg-Landau model that des-
cribes the diblock copolymer, a new algorithm is developed. This model, based
on the unconditionally stable Eyre algorithm for gradient systems, is highly ef-
ficient as compared with the classical Cell Dynamic Model, widely used in the
literature to study block copolymers. The Eyre algorithm is employed here to
explore the equilibrium configurations of highly confined lamellar structures and
nanodroplets of block copolymers with hexagonal symmetry produced through
the spinodal dewetting mechanism.
The fifth and sixth chapters examine the dynamics of buckling instabilities
in block copolymer membranes with hexagonal and smectic symmetries. To
study the coupling between the block copolymer structure and the membrane´s
geometry, a new model, based on the Helfrich-Canham Hamiltonian and the
Brazovskii functional is developed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.edu.ar/oai:repositorio.bc.uns.edu.ar:123456789/465 |
| Date | 23 March 2012 |
| Creators | Pezzutti, Aldo D. |
| Contributors | Vega, Daniel A., Villar, Marcelo Armando |
| Publisher | Universidad Nacional del Sur |
| Source Sets | Universidad Nacional del Sur |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
| Rights | 0 |
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