Spettroscopia di Raman ed Analisi Termica Nana di una Miscela del Polimero Facendo Uso della Sonda Termica di Nano-TUM dagli Strumenti di Anasys

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Sfondo
Tecnica Locale di Analisi Termica
Impostazione Sperimentale
Risultati e Discussione
Conclusioni

Sfondo

La Caratterizzazione delle miscele del polimero può a volte presentare una sfida significativa per una singola tecnica ed il migliore modo è una combinazione di tecniche. In questo articolo, discutiamo una miscela di PA6-PET che inizialmente è stata caratterizzata via la Spettroscopia di Raman ad una risoluzione spaziale 500nm. La caratterizzazione termica Successiva ad una risoluzione spaziale di sub-100nm via la sonda termica di nano-TUM ha rivelato molti dettagli interessanti e sottostrutture più complesse che non erano disponibili dallo studio di Raman ed ha aiutato nell'ottenere una comprensione dettagliata della miscela.

Tecnica Locale di Analisi Termica

La sonda termica di Nano-TUM è una tecnica locale dell'analisi termica che combina le alte capacità della rappresentazione di risoluzione spaziale di microscopia atomica della forza con la capacità di ottenere una comprensione del comportamento termico dei materiali con una risoluzione spaziale di sub-100nm. (un'innovazione nella risoluzione spaziale ~50x migliora che lo stato dell'arte). Il suggerimento convenzionale del AFM è sostituito da una sonda termica della sonda di nano-TUM speciali che ha un radiatore miniatura incassato ed è gestito dal hardware e dal software termici specialmente progettati della sonda di nano-TUM. Questa sonda termica della sonda di nano-TUM permette ad una superficie di essere visualizzata a risoluzione del nanoscale con i modi sistematici della rappresentazione del AFM che permette all'utente di selezionare le distribuzioni nello spazio a cui vorrebbero studiare i beni termici della superficie. L'utente poi ottiene questi informazioni applicando il calore localmente via il suggerimento della sonda e misurando la risposta termomeccanica.

Impostazione Sperimentale

La microscopia di Raman è stata eseguita con un sistema Confocale di Raman con risoluzione spaziale di 500nm (dettagli sono privati all'ARCO di Nissan). I risultati termici del nanoscale sono stati ottenuti facendo uso di una Dimensione 3100 AFM di Veeco fornita di accessorio dell'analisi (AI) del nano-termale degli Strumenti di Anasys (sonda termica di nano-TUM) ed il AI micro-ha lavorato la sonda a macchina termica. La Rappresentazione e l'analisi termica localizzata (LTA) nello spazio accurate al disgaggio 100nm sono state eseguite. Il contatto ed i modi di spillatura sono stati usati per acquistare le immagini di superficie e PIÙ LEGGERO DELL'ARIA impiegati per determinare la temperatura di transizione vetrosa (Tg) dei domini differenti ad una tariffa di riscaldamento di 10°C /s.

I dati termici della sonda di nano-TUM presentati sono la deformazione a mensola (mentre la sonda è in contatto con la superficie del campione ed il feedback spenti) tracciata contro la temperatura della sonda. Questa misura è analoga alla tecnica affermata di analisi termomeccanica (TMA) ed è conosciuta come sonda termica di nano-TUM. Gli Eventi quali la fusione o le transizioni di vetro che provocano ammorbidire del materiale sotto il suggerimento, producono una deformazione discendente della trave a mensola. L'Ulteriore informazione su questa tecnica può essere ottenuta a www.anasysinstruments.com.

Risultati e Discussione

La miscela di PA6 e dell'ANIMALE DOMESTICO esaminatori qui era un rapporto di 1: 3. In primo luogo è stata caratterizzata con la spettroscopia di Raman e la sonda termica di nano-TUM è stata usata più ulteriormente per caratterizzare il campione nelle regioni dove la risoluzione spaziale della tecnica di Raman era insufficiente e per ottenere l'ulteriore informazione. Nella figura 1, gli spettri di Raman per l'ANIMALE DOMESTICO e PA6 sono dati.

Figura 1. Spettri di Raman per l'ANIMALE DOMESTICO e PE6

Figura 2 mostra le immagini di Raman della miscela ai numeri di onda differenti; a sinistra è l'immagine di Raman a 2830-2940 cm-1 che evidenzia il PA6 dato il suo picco dominante a 2900 cm-1. A Destra è l'immagine di Raman a 1590-1640 cm-1 che evidenzia le regioni dell'ANIMALE DOMESTICO dovuto uno dei picchi dominanti nei sui spettri che accadono a 1600 cm-1. In base a questo, possiamo identificare le isole occluse di PA6 circondate dall'ANIMALE DOMESTICO con alcuni domini occlusi dell'ANIMALE DOMESTICO all'interno di una matrice di cui la composizione non è ben definita.

Figura 2. immagini di Raman della miscela ai numeri di onda indicati

Come detto in precedenza, in base alle immagini di Raman come appare figura 2, possiamo vedere che la miscela del polimero ha occluso le regioni di cui la parte centrale è composta di PA6 circondata da un livello di ANIMALE DOMESTICO. Ci sono egualmente domini dell'ANIMALE DOMESTICO che corrispondono alle aree scure nell'immagine di 2830-2940-1 cm ed in modo da non sono associati con PA6.

Informazioni dalla sonda termica di nano-TUM: Il Fico 3 mostra un'immagine di fase del AFM della barriera della regione dell'ANIMALE DOMESTICO che è in contatto con il PA6 come pure il PA6 interno. Può essere veduto che c'è struttura nelle regioni dell'ANIMALE DOMESTICO che circondano i domini occlusi PA6 che è dell'ordine dei dieci dei nanometri e così molto più piccolo di possono essere risolte con microscopia di Raman.

La Figura un'immagine di 3. fasi della parte di un PA6/PET ha occluso la regione con i risultati termici della sonda di nano-TUM dalla parte centrale PA6 e sull'ANIMALE DOMESTICO circostante

C'è un confine intorno alla regione che è circa 100nm largamente ed oltre questo c'è un altro tipo di struttura nella più regione centrale. Il confine mostra una transizione a 248°C quale può essere attribuito chiaramente all'ANIMALE DOMESTICO quale poi è d'accordo con i dati di Raman. PA6 la regione più centrale, quello che i dati di Raman mostrano per essere PA6, esibiscono una transizione di fusione a 237°C quale sono molto superiori a 220°C quale è la temperatura di fusione di PA6. Le curve per questa regione egualmente mostrano una transizione a 123°C quale hanno tutte le caratteristiche di una transizione di vetro. Il Tg dell'ANIMALE DOMESTICO è intorno a 70°C mentre per PA6 è 50°C. Le tariffe di riscaldamento rapide utilizzate in questi esperimenti, intorno a 20°C/sec., provocheranno un più alto Tg che è veduto negli esperimenti più convenzionali ma in questo dell'analisi termica non può spiegare la temperatura notevolmente elevata che è veduta qui. La spiegazione più probabile è che questa risulta dalla cosiddetta frazione amorfa rigida. È ben noto che le regioni amorfe situate fra i domini cristallini possono essere rese rigide dai vincoli su mobilità imposta dal materiale cristallino ed in modo dal Tg di questo materiale è aumentato. Per Quanto Riguarda la temperatura ad elevato punto di fusione esibita dalla regione centrale di PA6, pensiamo che la tariffa di riscaldamento ultra alta e l'area di fusione ultra piccola piombo, in questo caso, a soppressione del sollievo dell'orientamento molecolare dal confine intorno all'area di fusione. Così le catene del polimero degli a cristallo PA6 sono ancora in uno stato orientato nella colata, quindi diminuendo fondendo l'entropia e con conseguente punto ad elevato punto di fusione. Ciò suggerisce che la temperatura di fusione come misurata dalla sonda termica di nano-TUM possa fornirci più informazioni sull'orientamento del polimero se ci applichiamo i tassi di riscaldamento differenti e questo sarà l'argomento di lavori futuri.

La Figura 4 manifestazioni l'immagine della topografia del AFM del materiale di matrice fra i domini di PA6/PET ha una chiara struttura con i domini circolari che sono di circa 1-3 micron.

La Figura 4. immagine della Topografia della Matrice con la sonda termica di nano-TUM risulta sulla struttura e sul resto sferici della matrice

L'immagine di Raman a 1590-1640 il cm-1 (che evidenzia l'ANIMALE DOMESTICO) mostra alcune funzionalità di questa dimensione che sembrano essere domini dell'ANIMALE DOMESTICO all'interno di una matrice che ha una composizione che deve essere una certa combinazione dei due materiali. Nella figura 8 possiamo vedere che la temperatura di fusione all'interno dei domini circolari è 217 +/- 3°C che è la temperatura di fusione per il PA6 (entro i limiti dell'errore sperimentale). Il materiale fra questi domini ha una temperatura ad elevato punto di fusione ma una che è più bassa della temperatura di fusione dell'ANIMALE DOMESTICO puro. Le immagini Di alta risoluzione del AFM di questi egualmente evidenziano le chiare differenze strutturali. Può essere concluso che i domini circolari veduti nell'immagine del AFM nella figura 4 non sono quelli veduti nell'immagine di Raman che evidenzia l'ANIMALE DOMESTICO nella figura 2 entrambi a causa della temperatura con una bassa temperatura di fusione e perché possono essere veduti per essere presenti ad un più ad alta densità di figura 6 dei domini dell'ANIMALE DOMESTICO rivela. Di Conseguenza ci sono domini approssimativamente circolari su una scala dei micron che sono ricchi d'animale ed anche di un che siano PA6-rich. L'ispezione Più Ravvicinata dell'immagine di 2830-2940-1 cm (quella evidenzia PA6) nella figura 2 suggerisce che ci siano funzionalità male risolte del micron-disgaggio connesse con PA6 ed in modo da questa fornisce il sostegno ai dati termici della sonda di nano-TUM.

Riassumendo; la miscela di PA6/PET è un sistema complesso e caratterizzare la sua struttura presenta una sfida significativa. Ci sono domini di PA6-rich o di PA6 che sono circondati dall'ANIMALE DOMESTICO o del dal materiale ricco d'animale. L'ANIMALE DOMESTICO in queste funzionalità ha una sottostruttura; c'è una copertura esterna 100nm che è ANIMALE DOMESTICO altamente cristallino. All'interno dei domini centrali PA6 c'è una regione che ha una quantità significativa di materiale amorfo che ha un Tg molto alto. Questa transizione di vetro elevata sorge perché i domini amorfi sono diventato rigidi probabilmente a causa della loro associazione intima con la fase cristallina. C'è l'osservazione interessante che i domini occlusi PA6 hanno una temperatura di fusione alto-che-preveduta e la spiegazione per questa sia l'argomento di lavoro in corso. Oltre a questi domini bifasi, ci sono i domini di monofase di 1-3 micron sia del materiale di PA6-rich che ricco d'animale. Circondare tutti i questi è una matrice che è una miscela dell'ANIMALE DOMESTICO e di PA6 che ha un composto intermedio di fusione della temperatura fra questi due materiali.

Conclusioni

La sonda termica di nano-TUM e del AFM può essere usata senza altre tecniche per valutare la struttura dei materiali difficili caratterizzare attraverso altri mezzi quale microscopia di Raman. Nel caso l'accordo e la complementarità eccellenti qui esaminatori fra il Raman ed i dati termici della sonda di nano-TUM sono stati raggiunti nella determinazione della composizione dei domini differenti. Le tecniche differenti forniscono informazioni differenti, gli spettri di Raman possono fornire le informazioni inequivocabili su composizione chimica mentre la sonda termica di nano-TUM e del AFM fornisce il più alta risoluzione spaziale e le informazioni sulla temperatura di transizione che può usare per identificare i materiali e differenziarsi facilmente fra le fasi cristalline ed amorfe. Queste indagini possono essere vedute come esempi generici del problema generale di caratterizzazione della struttura e la composizione dei materiali su un nano-disgaggio e come tali l'intervallo delle applicazioni è potenzialmente vasta.

Sorgente: Strumenti di Anasys

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego gli Strumenti di Anasys

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

Last Update: 13. June 2013 17:56

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