Anasys の器械からの Nano TA 熱プローブを使用してポリマーブレンドのラマン分光学そして Nano 熱分析

カバーされるトピック

背景
ローカル熱分析の技術
実験セットアップ
結果および議論
結論

背景

ポリマーブレンドを特徴付けることは時々単一の技術のための重要な挑戦を示すことができ、最もよい方法は技術の組合せです。 この記事では、私達は 500nm 空間分解能のラマン分光学によって最初に特徴付けられた PA6-PET のブレンドを論議します。 nano TA 熱プローブによる副100nm 空間分解能のそれに続く熱性格描写はラマン調査から使用できなかった明らかにし、ブレンドの詳しい理解の取得で助けましたより複雑な基礎工事および多くの興味深い細部を。

ローカル熱分析の技術

Nano TA 熱プローブは副100nm の空間分解能の材料の熱動作の理解を得る機能と原子力の顕微鏡検査の高い空間分解能イメージ投射機能を結合するローカル熱分析の技術です。 (空間分解能 ~50x の進歩は最新式よりよくします)。 慣習的な AFM の先端は埋め込まれたミニチュアヒーターがある取替えられ、特に設計されていた nano TA 熱プローブのハードウェアおよびソフトウェアによって制御されます特別な nano TA 熱プローブのプローブと。 この nano TA 熱プローブのプローブは表面がユーザーが表面の熱特性を調査することを望む空間的な位置を選ぶことを可能にする AFM の定期的なイメージ投射モードの nanoscale の解像度で視覚化されることを可能にします。 ユーザーはプローブの先端によって熱を局部的に適用し、加工熱の応答を測定することによってそれからこの情報を得ます。

実験セットアップ

ラマン顕微鏡検査は 500nm の空間分解能のラマン共焦点のシステムと行われました (細部は日産アークに専有です)。 nanoscale の熱結果は Anasys の器械の nano 熱分析の (nano TA 熱プローブ) アクセサリが装備されている (AI) Veeco 次元 3100 AFM を使用して得られ、 AI は熱プローブをマイクロ機械で造りました。 100nm スケールで正確な (LTA)空間的のイメージ投射および集中させた熱分析は行われました。 接触がおよび叩くモードは 10°C /s の暖房レートで異なった領域の (Tg)ガラス転移点を定めるために用いられた表面の画像および LTA 得るのに使用されました。

示される nano TA 熱プローブデータはプローブの温度に対して計画される片持梁偏向 (プローブが消えるサンプル表面およびフィードバックと接触してある間、) です。 この測定は加工熱の分析の確立した技術に類似して、 (TMA) nano TA 熱プローブとして知られています。 先端の下の材料の柔らかくなることで起因する溶けるか、またはガラス転移のようなイベントは、片持梁の下りの偏向を作り出します。 この技術のより詳しい情報は www.anasysinstruments.com で得ることができます。

結果および議論

ここに調査された PA6 およびペットのブレンドは 1 の比率でした: 3。 それはラマン分光学と最初に特徴付けられ、更にラマン技術の空間分解能が不十分特徴付けだった、追加情報を使用されました領域のサンプルを得るのに nano TA 熱プローブが。 図 1 では、ペットのためのラマンスペクトルおよび PA6 は与えられます。

ペットおよび PE6 のための図 1. ラマンスペクトル

図 2 は異なった波数でブレンドのラマン画像を示します; 左でラマン画像は 2900 cm で-1 支配的なピークがある PA6 を強調する 2830-2940 cm にあります-1。 権利でラマン画像は 1600 cm で-1 行われるスペクトルの支配的なピークの 1 つによるペット領域を強調する 1590-1640 cm にあります-1。 これに基づいて、私達は構成が明示されていないマトリックス内のペットのある塞がれた領域のペットが囲む PA6 の塞がれた島を識別してもいいです。

図 2. 明記された波数のブレンドのラマン画像

上記のように、図 2 で示されているラマン画像に基づいて私達はポリマーブレンドがペットの層が囲む中央部分が PA6 で構成される領域を塞いだことを見ることができます。 また 2830-2940 cm の画像の暗い領域に対応するあり、従って-1 PA6 と関連付けられませんペットの領域が。

nano TA 熱プローブからの情報: 図 3 は PA6、また中 PA6 と接触してあるペット領域の端の AFM 段階の画像を示します。 それはラマン顕微鏡検査と塞がれた PA6 領域を nanometres の 10 の等級こうして大いに小さいよりである解決することができる囲むペット領域に構造があること見ることができ。

図は nano TA 中央 PA6 部分からのそして周囲ペットの熱プローブの結果と共に PA6/PET の部分の 3. 段階の画像領域を塞ぎました

100nm について広くあるさらにもう一つのタイプの中央部の構造があります領域のまわりにボーダーがあり。 ボーダーは 248°C でそれから一致するかどれがラマンデータとはっきり帰することができるかどれがペットに転移を示します。 中央 PA6 領域、 PA6 の溶ける温度はであるかどれ 220°C より大いに高いかどれがラマンデータが 237°C で PA6 であるために表わす溶ける転移を示すそれ。 この領域のためのカーブはまた 123°C でガラス転移のすべての特性があるかどれが転移を示します。 ペットの Tg は 70°C のまわりに PA6 のためのそれが 50°C. の間、あります。 20°C/sec のまわりでこれらの実験で、使用された急速な暖房レートは。、より慣習的な熱分析の実験しかしこれでここに見られる非常に高温を説明できない見られるよりより高い Tg をもたらします。 最もありそうな説明はこれがいわゆる堅い無定形の一部分から起こることです。 それは結晶の領域の間にある無定形領域が結晶材料によって課される移動性で抑制によってであり、堅く作ることができる従ってこの材料の Tg は増加しますこと有名。 PA6 の中央部によって表わされるようにより高い溶ける温度のために私達は超高い暖房レートおよび超小さい溶ける領域が溶ける領域のまわりでボーダーによって分子オリエンテーションの救助の抑制の、この場合、原因となることを考えます。 従って PA6 水晶のポリマー鎖は溶解のまだありま、それにより減りエントロピーをそしてより高い融点に終る方向づけられた状態に溶かします。 これは私達が異なった暖房レートを適用し、これが今後の作業の主題なら nano TA 熱プローブによって測定されるように溶ける温度が私達にポリマーオリエンテーションについてのより多くの情報を与えるかもしれないことを提案します。

図 4 ショーに PA6/PET の領域間のマトリックス材料の AFM の地形の画像およそ 1-3 ミクロンである円の領域の明確な構造があります。

図 4. nano TA 熱プローブが付いているマトリックスの地形の画像はマトリックスの球形の構造そして残りで起因します

(ペットを強調する)-1 のラマン画像は 1590-1640 cm 2 つの材料の組合せでなければならない構成があるマトリックス内のペット領域のようであるこのサイズのある機能を示します。 図 8 で私達は円の領域内の溶ける温度が 217 +/- PA6 のための溶ける温度である 3°C であることを見ることができます (実験エラーの内で)。 これらの領域間の材料により高い溶ける温度純粋なペットの溶ける温度より低い 1 つがありますが。 これらの高リゾリューション AFM の画像はまた明確な構造相違を示します。 それはこと図 4 の AFM の画像で見られる円の領域がペット領域図 6 が明らかにする低い溶ける温度のために図 2 両方のペットを強調する、そしてので高密度であるためにより見ることができるラマン画像で見られるそれらではない完了することができます。 従ってペットが豊富のおよび PA6 が豊富のまた物ありますミクロンの尺度で大体円の領域が。 図 2 の 2830-2940 cm の-1 画像の厳重な点検は (PA6 を強調しますその) PA6 と関連付けられない不完全に解決するミクロンスケール機能が提案し、ある従ってこれは nano TA 熱プローブデータにサポートを貸しますことを。

要約すると; PA6/PET のブレンドは複雑なシステムであり、構造を特徴付けることは重要な挑戦を示します。 ペットかペットが豊富な材料によって囲まれる PA6 が豊富な領域または PA6 があります。 これらの機能のペットは基礎工事があります; 非常に結晶ペットの 100nm 外枠があります。 中央 PA6 領域の中では非常に高い Tg があるかなりの無定形材料がある領域があります。 この高いガラス転移は無定形の領域が結晶段階の親密な連合のためにおそらく堅くなったので起こります。 塞がれた PA6 領域に予想を越えた溶ける温度があり、これのための説明が進行中の作業の主題であること興味深い観察があります。 これらの二相領域に加えて、ペットが豊富で、 PA6 が豊富な材料の 1-3 ミクロンの単一フェーズの領域があります。 これらすべてを囲むことはこれら二つの材料間の溶ける温度の中間物があるペットおよび PA6 の混合物のマトリックスです。

結論

ラマン顕微鏡検査のような他の手段によって他の技術なしで AFM および nano TA 熱プローブが特徴付けること困難な材料の構造を査定するのに使用することができます。 ケースでラマンと nano TA 熱プローブデータ間のここに調査された優秀な一致そして相補性は異なった領域の構成の決定で達成されました。 異なった技術は別の情報を提供します、 AFM および nano TA 熱プローブがより高い空間分解能を提供する、および材料を識別し、結晶および無定形段階の間に容易に区別するのに使用できる遷移温度の情報をことができます間、ラマンスペクトルは化学成分の明白な情報与える。 これらの調査は構造を特徴付ける汎用問題の一般的な例として見ることができ、 nano スケールのそして自体材料の構成は応用範囲可能性としては広大です。

ソース: Anasys の器械

このソースのより多くの情報のために Anasys の器械を訪問して下さい

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

Last Update: 13. June 2013 18:00

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit