Abstract
A new method of x-ray photon correlation spectroscopy (XPCS) using coherent x-rays is developed recently for probing the dynamics of surface height fluctuations as a function of lateral length scale. This emerging technique applies the principles of dynamic light scattering in the x-ray regime. The short wavelength and slow time scales characteristic of XPCS extend the phase space accessible to scattering studies beyond some restrictions by light and neutron. In this paper, we demonstrate XPCS to study the dynamics of surface fluctuations in thin supported polymer films. We present experimental verification of the theoretical predictions for the wave vector and temperature dependence of the capillary wave relaxation times for the supported polymer films at melt for the film thicknesses thicker than 4 times of the radius of gyration of polymer. We observed a deviation from the conventional capillary wave predictions in thinner films. The analysis will be discussed in terms of surface tension, viscosity and effective interactions with the substrate.
본 연구에서는 결맞는 x-선을 이용하여 표면의 거동 현상을 관찰할 수 있는 새로운 실험 방법인 x-선 상관 분광법(x-ray photon correlation spectroscopy)을 소개하고 이를 이용하여 측정한 고분자 박막에서의 거동 현상에 대한 결과를 보고하고자 한다. 이 방법은 파장이 짧은 x-선 영역에 동역학 광산란(dynamic light scattering) 원리를 적용하여 나노 스케일의 동역학 현상을 관찰할 수 있다. 또한 x-선 산란을 이용하므로 동역학 현상과 동시에 구조 특성을 측정할 수 있다. 본 논문에서는 글래스 전이보다 높은 온도에서, 기판에 코팅된 고분자 박막의 표면 거동현상을 온도와 파수의 함수로 측정하였다. 박막의 두께가 두꺼울 때에는 점성이 높은 액체에서와 계산된 이론에서와 같은 표면 거동 현상이 관찰되었고, 얇은 박막에서는 갇힘 현상에 의한 효과를 관찰하였다.