Espectroscopia de Raman e Análise Térmica Nano de uma Mistura do Polímero Usando a Ponta De Prova Nano-TA Térmica dos Instrumentos de Anasys

Assuntos Cobertos

Fundo
Técnica Local da Análise Térmica
Instalação Experimental
Resultados e Discussão
Conclusões

Fundo

Caracterizar misturas do polímero pode às vezes apresentar um desafio significativo para uma única técnica e a melhor maneira é uma combinação de técnicas. Neste artigo, nós discutimos uma mistura de PA6-PET que seja caracterizada inicialmente através da Espectroscopia de Raman em uma definição 500nm espacial. A caracterização térmica Subseqüente em uma definição espacial de sub-100nm através da ponta de prova nano-TA térmica revelou muitos detalhes interessantes e subestruturas mais complexas que não estavam disponíveis do estudo de Raman e ajudou-os em obter uma compreensão detalhada da mistura.

Técnica Local da Análise Térmica

A ponta de prova Nano-TA térmica é uma técnica local da análise térmica que combine as capacidades altas da imagem lactente da definição espacial da microscopia atômica da força com a capacidade para obter uma compreensão do comportamento térmico dos materiais com uma definição espacial de sub-100nm. (uma descoberta na definição espacial ~50x melhora do que o último modelo). A ponta convencional do AFM é substituída por uma ponta de prova térmica especial da ponta de prova nano-TA que tenha um calefator diminuto encaixado e controlada pelo hardware e pelo software térmicos especialmente projetados da ponta de prova nano-TA. Esta ponta de prova térmica da ponta de prova nano-TA permite uma superfície de ser visualizada na definição do nanoscale com os modos rotineiros da imagem lactente do AFM que permite o usuário de seleccionar os lugar espaciais em que gostariam de investigar as propriedades térmicas da superfície. O usuário obtem então esta informação aplicando o calor localmente através da ponta da ponta de prova e medindo a resposta termomecânica.

Instalação Experimental

A microscopia de Raman foi executada com um sistema Confocal de Raman com definição espacial de 500nm (os detalhes são proprietários ao ARCO de Nissan). Os resultados térmicos do nanoscale foram obtidos usando uma Dimensão 3100 AFM de Veeco equipada com um acessório nano-térmico (AI) da análise dos Instrumentos de Anasys (ponta de prova nano-TA térmica) e o AI micro-fez à máquina a ponta de prova térmica. A Imagem Lactente e a análise térmica localizada (LTA) espacial exactas na escala 100nm foram executadas. O contacto e os modos de batida foram usados para adquirir as imagens de superfície e o MAIS LEVE QUE O AR empregados para determinar a temperatura de transição de vidro (Tg) dos domínios diferentes em uma taxa de aquecimento de 10°C /s.

Os dados térmicos da ponta de prova nano-TA apresentados são a deflexão do modilhão (quando a ponta de prova for em contacto com a superfície da amostra e o feedback desligados) traçada contra a temperatura da ponta de prova. Esta medida é análoga à técnica bem conhecida da análise termomecânica (TMA) e é sabida como a ponta de prova nano-TA térmica. Os Eventos tais como o derretimento ou as transições de vidro que conduzem ao amaciamento do material abaixo da ponta, produzem uma deflexão descendente do modilhão. A Informações adicionais nesta técnica pode ser obtida em www.anasysinstruments.com.

Resultados e Discussão

A mistura de PA6 e de ANIMAL DE ESTIMAÇÃO investigados aqui era uma relação de 1: 3. Foi caracterizada primeiramente com espectroscopia de Raman e a ponta de prova nano-TA térmica foi usada para caracterizar mais a amostra nas regiões onde a definição espacial da técnica de Raman era insuficiente e para obter a informações adicionais. Em figura 1, os espectros de Raman para o ANIMAL DE ESTIMAÇÃO e PA6 são dados.

Figura 1. Espectros de Raman para o ANIMAL DE ESTIMAÇÃO e o PE6

Figura 2 mostra imagens de Raman da mistura em números de onda diferentes; à esquerda está a imagem de Raman em 2830-2940 cm-1 que destaca o PA6 dado seu pico dominante em 2900 cm-1. À Direita está a imagem de Raman em 1590-1640 cm-1 que destaca as regiões do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO devido a um dos picos dominantes em seus espectros que ocorrem em 1600 cm-1. Com base nisto, nós podemos identificar as ilhas fechadas de PA6 cercadas pelo ANIMAL DE ESTIMAÇÃO com alguns domínios fechados do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO dentro de uma matriz cuja a composição não seja bem definida.

Figura 2. imagens de Raman da mistura nos números de onda indicados

Como dito acima, com base nas imagens de Raman mostradas em figura 2, nós podemos ver que a mistura do polímero fechou as regiões cuja a parcela central é compor de PA6 cercada por uma camada de ANIMAL DE ESTIMAÇÃO. Há igualmente os domínios do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO que correspondem às áreas escuras na imagem de 2830-2940-1 cm e assim que não é associado com o PA6.

Informação da ponta de prova nano-TA térmica: O Figo 3 mostra uma imagem da fase do AFM da borda da região do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO que é em contacto com o PA6 assim como o PA6 interno. Pode-se ver que há uma estrutura nas regiões do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO que cercam os domínios PA6 fechados que é do pedido dos dez dos nanometres e assim muito menor do que podem ser resolvidas com microscopia de Raman.

A Figura uma imagem de 3. fases da parte de um PA6/PET fechou a região junto com resultados térmicos da ponta de prova nano-TA da parcela PA6 central e no ANIMAL DE ESTIMAÇÃO circunvizinho

Há uma beira em torno da região que é sobre 100nm largamente e além deste há um outro tipo de estrutura na região mais central. A beira mostra uma transição em 248°C qual pode claramente ser atribuído ao ANIMAL DE ESTIMAÇÃO qual concorda então com os dados de Raman. PA6 a região mais central, de que que os dados de Raman mostram para ser PA6, exibem uma transição de derretimento em 237°C qual é muito mais alto do que 220°C qual esteja a uma temperatura de derretimento de PA6. As curvas para esta região igualmente mostram uma transição em 123°C qual tem todas as características de uma transição de vidro. O Tg do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO é em torno de 70°C quando para PA6 for 50°C. As taxas de aquecimento rápidas usadas nestas experiências, em torno de 20°C/sec., causarão um Tg mais alto do que é visto em umas experiências mais convencionais mas nesta da análise térmica não pode explicar a temperatura extremamente elevado que é considerada aqui. A explicação a mais provável é que esta elevara da fracção amorfa rígida assim chamada. É conhecido que as regiões amorfas situadas entre domínios cristalinos podem ser feitas rígidas pelas limitações na mobilidade impor pelo material cristalino e assim que o Tg deste material é aumentado. Como para a temperatura de derretimento mais alta exibida pela região central de PA6, nós pensamos que a taxa de aquecimento ultra alta e a área de derretimento ultra pequena conduzem, neste caso, à supressão do relevo da orientação molecular pela beira em torno da área de derretimento. Assim as correntes do polímero dos cristais PA6 estão ainda em um estado orientado no derretimento, desse modo reduzindo-se derretendo a entropia e tendo por resultado um ponto de derretimento mais alto. Isto sugere que a temperatura de derretimento como medida pela ponta de prova nano-TA térmica possa nos dar mais informação sobre a orientação do polímero se nós aplicamos taxas de aquecimento diferentes e este será o assunto do trabalho futuro.

A Figura 4 mostras a imagem da topografia do AFM do material de matriz entre os domínios de PA6/PET tem uma estrutura clara com domínios circulares que são aproximadamente 1-3 mícrons.

A Figura 4. imagem da Topografia da Matriz com ponta de prova nano-TA térmica resulta na estrutura e no resto esféricos da matriz

A imagem de Raman em 1590-1640 cm-1 (que destaca o ANIMAL DE ESTIMAÇÃO) mostra algumas características deste tamanho que parecem ser domínios do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO dentro de uma matriz que tenha uma composição que deva ser alguma combinação dos dois materiais. Em figura 8 nós podemos ver que a temperatura de derretimento dentro dos domínios circulares é 217 +/- 3°C que está a uma temperatura de derretimento para o PA6 (dentro do erro experimental). O material entre estes domínios tem uma temperatura de derretimento mais alta mas uma que é mais baixa do que a temperatura de derretimento do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO puro. As imagens De alta resolução do AFM destes igualmente mostram diferenças estruturais claras. Pode-se concluir que os domínios circulares considerados na imagem do AFM em figura 4 não são aqueles considerados na imagem de Raman que destaca o ANIMAL DE ESTIMAÇÃO em figura 2 ambos devido à temperatura de baixa temperatura de fusão e porque podem ser vistos estam presente em uma densidade mais alta do que os domínios que do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO figura 6 revela. Conseqüentemente há uns domínios aproximadamente circulares numa escala dos mícrons que é Animal de estimação-rico e igualmente de uns que são PA6-rich. Uma inspecção Mais Próxima da imagem de 2830-2940-1 cm (essa destaca PA6) em figura 2 sugere que haja umas características deficientemente resolved da mícron-escala não associadas com o PA6 e assim que esta empresta o apoio aos dados térmicos da ponta de prova nano-TA.

Em resumo; a mistura de PA6/PET é um sistema complexo e caracterizar sua estrutura apresenta um desafio significativo. Há os domínios de PA6 ou de PA6-rich que são cercados pelo ANIMAL DE ESTIMAÇÃO ou pelo material Animal de estimação-rico. O ANIMAL DE ESTIMAÇÃO nestas características tem uma subestrutura; há uma embalagem 100nm exterior que seja ANIMAL DE ESTIMAÇÃO altamente cristalino. Dentro dos domínios PA6 centrais há uma região que tenha uma quantidade significativa de material amorfo que tem um Tg muito alto. Esta transição de vidro elevado elevara porque os domínios amorfos se tornaram rígidos provavelmente devido a sua associação íntimo com a fase cristalina. Há a observação interessante que os domínios PA6 fechados têm uma temperatura de derretimento superior ao esperado e a explicação para esta é o assunto de trabalho em curso. Além do que estes domínios bifásicos, há uns domínios da fase monofásica de 1-3 mícrons do material Animal de estimação-rico e de PA6-rich. Cercar toda a estes é uma matriz que seja uma mistura do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO e do PA6 que tem um intermediário de derretimento da temperatura entre estes dois materiais.

Conclusões

A ponta de prova AFM e nano-TA térmica pode ser usada sem outras técnicas para avaliar a estrutura dos materiais difíceis caracterizar por outros meios tais como a microscopia de Raman. No caso o acordo e a complementaridade excelentes aqui investigados entre o Raman e os dados térmicos da ponta de prova nano-TA foram conseguidos em determinar a composição dos domínios diferentes. As técnicas diferentes fornecem a informação diferente, os espectros de Raman podem dar a informação inequívoca na composição quimica quando a ponta de prova AFM e nano-TA térmica fornecer uma definição espacial mais alta, e a informação na temperatura de transição que pode se usar para identificar materiais e se diferenciar facilmente entre fases cristalinas e amorfas. Estas investigações podem ser consideradas como exemplos genéricos do problema geral de caracterizar a estrutura e a composição dos materiais em uma nano-escala e como esta'n a escala de aplicações é potencial vasta.

Source: Instrumentos de Anasys

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Instrumentos de Anasys

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

Last Update: 13. June 2013 18:20

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit