Espectroscopia de Raman y Análisis Térmico Nano de una Mezcla del Polímero Usando la Antena Térmica Nano-TA de los Instrumentos de Anasys

Temas Revestidos

Antecedentes
Técnica Local del Análisis Térmico
Ajuste Experimental
Resultados y Discusión
Conclusiones

Antecedentes

Caracterizar mezclas del polímero puede presentar a veces un reto importante para una única técnica y la mejor manera es una combinación de técnicas. En este artículo, discutimos una mezcla de PA6-PET que fue caracterizada inicialmente vía la Espectroscopia de Raman en una resolución espacial 500nm. La caracterización térmica Subsiguiente en una resolución espacial de sub-100nm vía la antena térmica nano-TA reveló muchos detalles interesantes y subestructuras más complejas que no estaban disponibles del estudio de Raman y ayudó en la obtención de una comprensión detallada de la mezcla.

Técnica Local del Análisis Térmico

La antena térmica Nano-TA es una técnica local del análisis térmico que combina las altas capacidades de la proyección de imagen de la resolución espacial de la microscopia atómica de la fuerza con la capacidad de obtener una comprensión del comportamiento térmico de materiales con una resolución espacial de sub-100nm. (un descubrimiento en la resolución espacial ~50x mejora que el estado plus ultra). La punta convencional del AFM es reemplazada por una antena térmica especial de la antena nano-TA que tenga un calefactor miniatura embutido y controlada por el soporte físico y el software térmicos especialmente diseñados de la antena nano-TA. Esta antena térmica de la antena nano-TA permite a una superficie ser visualizada en la resolución del nanoscale con los modos rutinarios de la proyección de imagen del AFM que permite al utilizador seleccionar las ubicaciones espaciales en las cuales quisieran investigar las propiedades térmicas de la superficie. El utilizador entonces obtiene esta información aplicando calor localmente vía la punta de la antena y midiendo la reacción termomecánica.

Ajuste Experimental

La microscopia de Raman fue realizada con un sistema Confocal de Raman con la resolución espacial de 500nm (los detalles son propietarios al ARCO de Nissan). Los resultados térmicos del nanoscale fueron obtenidos usando una Dimensión 3100 AFM de Veeco equipada de un accesorio nano-térmico (AI) del análisis de los Instrumentos de Anasys (antena térmica nano-TA) y el AI micro-labró a máquina la antena térmica. La Proyección De Imagen y el análisis térmico localizado (LTA) espacial exactos en la escala 100nm fueron realizados. El contacto y los modos que golpeaban ligeramente fueron utilizados para detectar las imágenes superficiales y LTA empleadas para determinar la temperatura de transición de cristal (Tg) de los diversos dominios a una velocidad de calentamiento de 10°C /s.

Los datos térmicos de la antena nano-TA presentados son la desviación voladiza (mientras que la antena está en contacto con la superficie de la muestra y el feedback apagados) trazada contra la temperatura de la antena. Esta medición es análoga a la técnica establecida del análisis termomecánico (TMA) y se conoce como antena térmica nano-TA. Las Acciones tales como fundir o transiciones de cristal que dan lugar al ablandamiento del material debajo de la punta, producen una desviación hacia abajo del voladizo. La información Adicional sobre esta técnica se puede obtener en www.anasysinstruments.com.

Resultados y Discusión

La mezcla de PA6 y del ANIMAL DOMÉSTICO investigados aquí era una relación de transformación de 1: 3. Primero fue caracterizada con la espectroscopia de Raman y la antena térmica nano-TA fue utilizada para caracterizar más lejos la muestra en regiones donde estaba escasa la resolución espacial de la técnica de Raman y para obtener la información adicional. En el cuadro 1, los espectros de Raman para el ANIMAL DOMÉSTICO y PA6 se dan.

Cuadro 1. Espectros de Raman para el ANIMAL DOMÉSTICO y PE6

El Cuadro 2 muestra las imágenes de Raman de la mezcla en diversos números de onda; a la izquierda está la imagen de Raman en 2830-2940 cm-1 que destaque el PA6 dado su pico dominante en 2900 cm-1. A La Derecha está la imagen de Raman en 1590-1640 cm-1 que destaque las regiones del ANIMAL DOMÉSTICO debido a uno de los picos dominantes en sus espectros que ocurren en 1600 cm-1. En base de esto, podemos determinar las islas ocluidas de PA6 rodeadas por el ANIMAL DOMÉSTICO con algunos dominios ocluidos del ANIMAL DOMÉSTICO dentro de una matriz cuya composición no esté bien definida.

Cuadro 2. imágenes de Raman de la mezcla en los números de onda indicados

Como se declaró anteriormente, sobre la base de las imágenes de Raman mostradas en el cuadro 2, podemos ver que la mezcla del polímero ha ocluido las regiones cuya porción central se compone de PA6 rodeada por una capa del ANIMAL DOMÉSTICO. Hay también los dominios del ANIMAL DOMÉSTICO que corresponden a las áreas oscuras en la imagen de 2830-2940-1 cm y así que no se asocia a PA6.

Información de la antena térmica nano-TA: El Higo 3 muestra una imagen de la fase del AFM del borde de la región del ANIMAL DOMÉSTICO que está en contacto con el PA6 así como el PA6 interior. Puede ser visto que hay estructura en las regiones del ANIMAL DOMÉSTICO que rodean los dominios ocluidos PA6 que está de la orden de diez de nanometres y así mucho más pequeño que pueden ser resueltas con la microscopia de Raman.

El Cuadro imagen de 3. fases de la parte de un PA6/PET ocluyó la región junto con resultados térmicos de la antena nano-TA de la porción central PA6 y en el ANIMAL DOMÉSTICO circundante

Hay una banda alrededor de la región que está sobre 100nm de par en par y más allá de esto hay otro tipo de estructura en la región más central. La banda muestra una transición en 248°C cuál se puede atribuir sin obstrucción al ANIMAL DOMÉSTICO cuál entonces está de acuerdo con los datos de Raman. PA6 la región más central, de que los datos de Raman muestran para ser PA6, exhiben una transición que funde en 237°C cuáles son mucho más altos que 220°C cuál es la temperatura que funde de PA6. Las curvas para esta región también muestran una transición en 123°C cuáles tienen todas las características de una transición de cristal. El Tg del ANIMAL DOMÉSTICO está alrededor de 70°C mientras que para PA6 es 50°C. Las velocidades de calentamiento rápidas usadas en estos experimentos, alrededor de 20°C/sec., darán lugar a un Tg más alto que se ve en experimentos más convencionales pero éste del análisis térmico no puede explicar la temperatura grandemente elevada que se considera aquí. La explicación más probable es que ésta se presenta de la supuesta fracción amorfa rígida. Es bien sabido que las regiones amorfas situadas entre los dominios cristalinos se pueden hacer rígidas por los apremios en la movilidad impuesta por el material cristalino y así que el Tg de este material se aumenta. Según Lo para la temperatura de fusión elevada exhibida por la región central de PA6, pensamos que la velocidad de calentamiento ultra alta y el área que funde ultra pequeña lleva, en este caso, a la supresión de la relevación de la orientación molecular por la banda alrededor del área que funde. Así los encadenamientos del polímero de los cristales PA6 todavía están en un estado orientado en el derretimiento, de tal modo reduciendo fundiendo entropía y dando por resultado una punta de fusión elevada. Esto sugiere que la temperatura que funde según lo medido por la antena térmica nano-TA pueda darnos más información sobre la orientación del polímero si aplicamos diversas velocidades de calentamiento y éste es el tema del trabajo futuro.

El Cuadro 4 demostraciones la imagen de la topografía del AFM del material de matriz entre los dominios de PA6/PET tiene una estructura sin obstrucción con los dominios circulares que son aproximadamente 1-3 micrones.

El Cuadro 4. imagen de la Topografía de la Matriz con la antena térmica nano-TA resulta en la estructura y el descanso esféricos de la matriz

La imagen de Raman en 1590-1640 cm-1 (que destaque el ANIMAL DOMÉSTICO) muestra algunas características de esta talla que aparezcan ser dominios del ANIMAL DOMÉSTICO dentro de una matriz que tenga una composición que deba ser una cierta combinación de los dos materiales. En el cuadro 8 podemos ver que la temperatura que funde dentro de los dominios circulares es 217 +/- 3°C que sea la temperatura que funde para el PA6 (dentro de desvío experimental). El material entre estos dominios tiene una temperatura de fusión elevada pero una que sea más inferior que la temperatura que funde del ANIMAL DOMÉSTICO puro. Las imágenes De alta resolución del AFM de éstos también muestran diferencias estructurales sin obstrucción. Puede ser concluido que los dominios circulares considerados en la imagen del AFM en el cuadro 4 no son ésos considerados en la imagen de Raman que destaca el ANIMAL DOMÉSTICO en el cuadro 2 ambos debido a la temperatura de temperatura de fusión baja y porque pueden ser considerados para estar presentes en un más de alta densidad que el cuadro 6 de los dominios del ANIMAL DOMÉSTICO revela. Por Lo Tanto hay dominios áspero circulares en una escala de los micrones que son Animal-ricos y también de unos que sean PA6-rich. Un examen Más Cercano de la imagen de 2830-2940-1 cm (esa destaca PA6) en el cuadro 2 sugiere que haya características mal resueltas de la micrón-escala no asociadas a PA6 y así que éste presta el soporte a los datos térmicos de la antena nano-TA.

En resumen; la mezcla de PA6/PET es un sistema complejo y caracterizar su estructura presenta un reto importante. Hay los dominios de PA6 o de PA6-rich que son rodeados por el ANIMAL DOMÉSTICO o el material Animal-rico. El ANIMAL DOMÉSTICO en estas características tiene una subestructura; hay una cubierta exterior 100nm que es ANIMAL DOMÉSTICO altamente cristalino. Dentro de los dominios centrales PA6 hay una región que tiene una cantidad importante de material amorfo que tenga un Tg muy alto. Esta transición de cristal elevada se presenta porque los dominios amorfos han llegado a ser rígidos probablemente debido a su asociación íntima con la fase cristalina. Hay la observación interesante que los dominios ocluidos PA6 tienen una temperatura que funde alto-que-preveída y la explicación para esto es el tema del trabajo en curso. Además de estos dominios bifásicos, hay dominios la monofásico de 1-3 micrones de material Animal-rico y de PA6-rich. El Cerco de todos los éstos es una matriz que es una mezcla del ANIMAL DOMÉSTICO y de PA6 que tenga un intermedio de la temperatura que funde entre estos dos materiales.

Conclusiones

La antena térmica AFM y nano-TA se puede utilizar sin otras técnicas para evaluar la estructura de los materiales difíciles caracterizar por otros medios tales como microscopia de Raman. En el caso aquí investigados el acuerdo y la complementariedad excelentes entre el Raman y los datos térmicos de la antena nano-TA fueron logrados en la determinación de la composición de los diversos dominios. Las diversas técnicas proporcionan a diversa información, los espectros de Raman pueden dar la información inequívoca sobre la composición química mientras que la antena térmica AFM y nano-TA proporciona a una resolución espacial más alta, y la información sobre la temperatura de transición que puede utilizar para determinar los materiales y para distinguirlos fácilmente entre las fases cristalinas y amorfas. Estas investigaciones se pueden considerar como ejemplos genéricos del problema general de caracterizar la estructura y la composición de materiales en una nano-escala y como tal el rango de aplicaciones es potencialmente extensa.

Fuente: Instrumentos de Anasys

Para más información sobre esta fuente visite por favor los Instrumentos de Anasys

Date Added: Feb 18, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:27

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