ראמאן ספקטרוסקופיה וניתוח תרמי של ננו תערובת פולימר שימוש Nano-Probe ת"א תרמי מן Anasys מכשירים

:: AZoNanotechnology סעיף

נושאים שידונו

רקע
ניתוח תרמי מקומי טכניקה
ניסיוני ההתקנה
תוצאות ודיון
מסקנות

רקע

אפיון תערובות פולימר יכול לפעמים אתגר משמעותי עבור טכניקה אחת והדרך הטובה ביותר היא שילוב של טכניקות. במאמר זה, אנו דנים תערובת PA6-PET אשר התאפיינה תחילה באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן ברזולוציה מרחבית 500nm. אפיון תרמי לאחר ברזולוציה משנה 100nm מרחבית באמצעות בדיקה ננו ת"א תרמית חשפה הרבה פרטים מעניינים ומורכבים יותר משנה מבנים שלא היו זמינים ממחקר ראמאן וסייע בהשגת הבנה מפורטת של המיזוג.

ניתוח תרמי מקומי טכניקה

Nano-TA בדיקה תרמית היא טכניקה מקומית ניתוח תרמית המשלבת את הדמיה ברזולוציה מרחבית גבוהה יכולות של מיקרוסקופ כוח אטומי עם היכולת להשיג הבנה של התנהגות תרמית של חומרים עם רזולוציה מרחבית של תת 100nm. (פריצת דרך ברזולוציה מרחבית ~ 50x טוב יותר מאשר המדינה של אמנות). טיפ קונבנציונאלי AFM מוחלפת מיוחד ננו ת"א בדיקה תרמית בדיקה שיש לו דוד זעירים מוטבעים נשלטת על ידי שתוכנן במיוחד ננו ת"א בדיקה תרמית חומרה, תוכנה. זו ננו ת"א בדיקה תרמית בדיקה מאפשר משטח להיות דמיינו ברזולוציה של ננו עם מצבי שגרה של AFM הדמיה אשר מאפשרת למשתמש לבחור את המיקומים המרחבי בו הם רוצים לחקור את התכונות התרמיות של פני השטח. אז המשתמש מקבל את המידע הזה על ידי יישום חום מקומי באמצעות בדיקה קצה ומדידת התגובה thermomechanical.

ניסיוני ההתקנה

מיקרוסקופיה ראמאן בוצעה עם מערכת ראמאן Confocal עם רזולוציה מרחבית של 500nm (הפרטים קניינית ניסן ARC). התוצאות התקבלו תרמית בקנה מידה ננומטרי בעזרת Dimension 3100 Veeco AFM מצוידים מכשירים Anasys ( AI ) ננו תרמית ניתוח ( ננו ת"א בדיקה תרמית ) אביזר ו-AI מיקרו מכונות בדיקה תרמית. הדמיה וניתוח תרמי מקומי (LTA) מדויק מרחבית בקנה מידה 100nm בוצעה. הקשר מצבי הקשה שימשו לרכישת תמונות השטח LTA המועסקים על מנת לקבוע את המעבר זכוכית הטמפרטורה (TG) של תחומים שונים על שיעור 10 ° C חימום / s.

ננו ת"א בדיקה תרמית הנתונים שהוצגו הם סטיה שלוחה (בעוד החללית נמצא במגע עם פני השטח מדגם המשוב מבוטלת) זממו נגד הטמפרטורה בדיקה. מדידה זה מקביל הטכניקה מבוססת היטב על ניתוח תרמו מכניים (TMA), והוא ידוע בתור בדיקה ננו ת"א תרמית . אירועים כגון נמס או מעברים זכוכית לגרום לריכוך החומר מתחת לקצה, לייצר הטיה כלפי מטה של ​​שלוחה. מידע נוסף על טכניקה זו ניתן לקבל www.anasysinstruments.com .

תוצאות ודיון

השילוב של PA6 ו PET נחקר כאן יחס של 1:03. זה היה מאופיין הראשון עם ראמאן ספקטרוסקופיה ננו ת"א בדיקה תרמית שימש נוספת לאפיין את המדגם ובאזורים בהם ברזולוציה מרחבית של הטכניקה ראמאן לא היה מספיק כדי להשיג מידע נוסף. באיור 1, הספקטרום ראמאן עבור PET ו PA6 מקבלים.

באיור 1. ספקטרה ראמאן עבור PET ו PE6

תרשים 2 מציג תמונות ראמאן של המיזוג על מספרי גל שונים; משמאל היא התמונה ראמאן ב 2830-2940 ס"מ ^-1 אשר מדגיש את נתון השיא PA6 הדומיננטי שלה ב 2900 ^-1 ס"מ. מימין התמונה ראמאן ב 1590-1640 ס"מ ^-1 אשר מדגיש את האזורים PET בשל אחת הפסגות הדומיננטי בספקטרום שלו המתרחשים 1600 ^-1 ס"מ. על בסיס זה, אנו יכולים לזהות איים occluded של PA6 מוקף PET עם כמה תחומים occluded של PET בתוך מטריצה ​​שהרכבם אינו מוגדר היטב.

איור 2. ראמאן תמונות של המיזוג על המספרים הצביעו על גל

כאמור לעיל, מבוסס על תמונות ראמאן שמוצג באיור 2, אנו יכולים לראות כי תערובת פולימר יש אזורים occluded שאת החלק המרכזי מורכב PA6 מוקף בשכבה של PET. ישנם גם תחומים של PET אשר מתאימות אזורים כהים בתמונה 2830-2940 ^-1 ס"מ ולכן לא משויכים PA6.

מידע מתוך בדיקה ננו ת"א תרמי : איור 3 מראה תמונה של השלב AFM בקצה האזור PET כי הוא בקשר עם PA6 וכן בתוך PA6. ניתן לראות כי קיים מבנה באזורים PET המקיפים occluded PA6 תחומים כי הוא בסדר גודל של עשרות ננומטרים ובכך קטן בהרבה ניתן לפתור עם מיקרוסקופיה ראמאן.

איור 3. שלב תמונה של חלק מאזור occluded PA6/PET יחד עם ננו ת"א תוצאות בדיקה תרמית מפרשת PA6 המרכזי על PET שמסביב

יש גבול מסביב לאזור בו הוא כ 100nm רחב מעבר לכך יש עוד סוג של מבנה באזור מרכזי יותר. הגבול מראה המעבר ב 248 ° C אשר ניתן בבירור לייחס PET אשר לאחר מכן מסכימה עם הנתונים ראמאן. מרכזי יותר PA6 באזור, כי הנתונים מראה ראמאן להיות PA6, תערוכות מעבר נמס ב 237 ° C, אשר עולה בהרבה על 220 ° C המהווה את טמפרטורת ההתכה של PA6. עקומות עבור אזור זה גם להראות את המעבר ב 123 ° C שבו יש את כל המאפיינים של מעבר הזכוכית. Tg של PET היא בסביבות 70 מעלות צלזיוס ואילו PA6 היא 50 ° C. שיעורי חימום מהיר השתמשו בניסויים אלו, סביב 20 ° C / sec., יהיה להצמיח Tg גבוה יותר מאשר נתפסת קונבנציונליים יותר ניסויים וניתוח תרמי אבל זה לא יכול להסביר את טמפרטורת גבוהות מאוד כי הוא ראה כאן. ההסבר הסביר ביותר הוא כי זה נובע חלק שנקרא אמורפי נוקשה. עובדה ידועה היא כי באזורים אמורפיים הממוקם בין תחומים גבישי יכול להתבצע על ידי אילוצים נוקשה על ניידות שהוטלו על ידי חומר גבישי ולכן Tg של חומר זה הוא גדל. באשר טמפרטורת ההתכה הגבוהה שהפגינו באזור המרכזי של PA6, אנחנו חושבים חימום אולטרה שיעור גבוה ההיתוך אולטרה שטח קטן מוביל, במקרה זה, לדיכוי של הקלה של אוריינטציה המולקולרית על ידי הגבול סביב אזור ההיתוך. שרשראות הפולימר כך PA6 של גבישים עדיין במצב שכיוונו להמיס, ובכך להפחית אנטרופיה נמס וכתוצאה מכך נקודת התכה גבוהה יותר. הדבר מצביע על כך טמפרטורת ההתכה כפי שנמדד על ידי בדיקה ננו ת"א תרמית עשוי לתת לנו מידע נוסף על האוריינטציה פולימר אם אנחנו מיישמים את שיעורי חימום שונים, זה יהיה הנושא של עבודה בעתיד.

איור 4 מראה את התמונה הטופוגרפיה AFM של החומר מטריצה ​​בין תחומים PA6/PET יש מבנה ברור עם תחומים מעגלי כי הם כ 1-3 מיקרון.

איור 4. תמונה טופוגרפיה של מטריקס עם ננו ת"א תוצאות בדיקה תרמית על מבנה שאר כדורי של מטריקס

התמונה ראמאן ב 1590-1640 ^-1 ס"מ (אשר מדגיש את PET) מראה כמה תכונות בגודל זה שנראים תחומים PET בתוך מטריצה ​​בעל הרכב כי חייב להיות שילוב של שני החומרים. באיור 8 ניתן לראות את טמפרטורת ההתכה בתוך תחומי מעגלי הוא 217 + / - 3 ° C המהווה את טמפרטורת ההתכה של PA6 (בתוך שגיאה ניסיונית). החומר בין תחומים אלה יש טמפרטורת התכה גבוהה יותר אבל אף אחד כי היא נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של PET טהור. תמונות ברזולוציה גבוהה AFM אלה מראים גם הבדלים מבניים ברור. ניתן להסיק כי התחומים מעגלי לראות בתמונה AFM באיור 4 הם לא ראו אותם בתמונה ראמאן מדגיש כי PET באיור 2 הן בשל טמפרטורת התכה נמוכה ובגלל שהם ניתן לראות להיות נוכח צפיפות גבוהה יותר מאשר את הדמות תחומים PET 6 מגלה. כתוצאה מכך ישנם תחומים מעגלי בערך בסולם של מיקרון, כי הם PET-עשירים גם אלה שאינן PA6 עשיר. בדיקה קפדנית של דימוי 2830-2940 ^-1 ס"מ (מדגיש כי PA6) באיור 2 עושה מראים כי יש לפתור גרוע מיקרון בקנה מידה תכונות לא קשור PA6 ולכן זה מעניק תמיכה ל -Nano ת"א בדיקה תרמית נתונים.

לסיכום: את התערובת PA6/PET היא מערכת מורכבת ואפיון המבנה שלה מציב אתגר משמעותי. יש PA6 או PA6 עשיר תחומים מוקפים חומר או PET-PET עשיר. PET תכונות אלה יש מסד; יש מעטפת חיצונית 100nm כלומר PET גבישי מאוד. בתוך PA6 תחומים מרכזיים יש אזור שיש בו כמות משמעותית של חומר אמורפי בעל Tg גבוה מאוד. זה המעבר זכוכית גבוהות עולה כי התחומים אמורפי הפכו נוקשים כנראה בגלל הקשר האינטימי שלהם עם השלב גבישי. יש תצפית מעניינת כי occluded PA6 תחומים יש טמפרטורה גבוהה יותר מהצפוי ההיתוך ואת ההסבר לכך הוא הנושא של עבודה שוטפת. בנוסף אלו שני שלבים תחומים, יש תחומים שלב אחד של 1-3 מיקרון של חומר הן PET-עשירים PA6 עשיר. סביב כל אלה היא מטריצה ​​כי הוא תערובת של PET ו PA6 בעלת טמפרטורת התכה ביניים בין שני חומרים.

מסקנות

AFM ו -Nano ת"א בדיקה תרמית ניתן להשתמש ללא טכניקות אחרות על מנת להעריך את המבנה של חומרים קשה לאפיין באמצעים אחרים כגון מיקרוסקופיה ראמאן. במקרה נחקר כאן הסכם משלים מצוין בין רמן ננו ת"א בדיקה תרמית נתונים הושגה בקביעת ההרכב של תחומים שונים. טכניקות שונות לספק מידע שונים, ספקטרום ראמאן יכול לתת מידע חד משמעי על ההרכב הכימי בעוד AFM ו -Nano ת"א בדיקה תרמית לספק רזולוציה מרחבית גבוהה, וכן מידע על טמפרטורת המעבר כי ניתן להשתמש כדי לזהות חומרים להבדיל בקלות בין גבישי אמורפי שלבים. חקירות אלה ניתן לראות דוגמאות הגנרית של הבעיה הכללית של לאפיון מבנה והרכב של חומרים בקנה מידה ננו וככזה את מגוון היישומים פוטנציאלי הוא עצום.

מקור: Anasys מכשירים

לקבלת מידע נוסף על מקור זה בקר Anasys מכשירים