喇曼分光学和对使用纳诺 TA 热量探测的聚合物混合的纳诺热分析从 Anasys 仪器

包括的事宜

背景
局部热分析技术
实验设置
结果和论述
结论

背景

分析聚合物混合可能有时存在一个唯一技术的一个重大的挑战,并且这个最佳的方式是技术的组合。 在此条款上,我们讨论通过在 500nm 空间分辨率的喇曼分光学最初被分析的 PA6-PET 混合。 在一个子100nm 空间分辨率的随后的热量描述特性通过纳诺 TA 热量探测在获得显示了从喇曼研究不是可得到的很多有趣详细资料和更加复杂的亚结构并且帮助了对混合的详细了解。

局部热分析技术

纳诺 TA 热量探测是结合基本强制显微学的高空间分辨率想象功能以这个能力获得对材料热量工作情况的了解与一个空间分辨率的子100nm 的一个局部热分析技术。 (在空间分辨率 ~50x 的突破比科技目前进步水平改善)。 常规 AFM 技巧被有一台嵌入微型加热器的特殊纳诺 TA 热量探测探测替换和是由特殊地被设计的纳诺 TA 热量探测硬件和软件控制的。 此纳诺 TA 热量探测探测使表面形象化在使这个用户选择空间的地点他们希望调查表面的热量属性的 nanoscale 解决方法在 AFM 的定期想象模式下。 这个用户通过适用热局部通过探测技巧和评定这种热机的回应然后得到此信息。

实验设置

喇曼显微学执行与与 500nm 的空间分辨率的一个共焦的喇曼系统 (详细资料是所有权的对日产弧)。 nanoscale 热量结果得到了使用 Veeco 维数 3100 AFM 装备 Anasys 仪器 (AI)纳诺热量分析 (纳诺 TA 热量探测) 辅助部件,并且 AI 微型用了机器制造热量探测。 空间想象和局限化的 (LTA)热分析准确在这个 100nm 缩放比例执行。 联络和开发的模式用于获取表面被使用的图象和 LTA 确定不同的域的 (Tg)玻璃转化温度以 10°C /s 加热速率。

存在的纳诺 TA 热量探测数据是悬臂式偏折 (当探测是与被关闭的范例表面和反馈联系) 时被密谋探测温度。 此评定是类似于热机的分析源远流长的技术 (TMA)和叫作纳诺 TA 热量探测。 导致变柔和在这个技巧下的材料的活动例如熔化或玻璃转移,导致悬臂的向下偏折。 关于此技术的详细信息可以得到在 www.anasysinstruments.com

结果和论述

调查的 PA6 和宠物的混合这里是比例 1 :3. 它首先分析了与喇曼分光学,并且纳诺 TA 热量探测在喇曼技术空间分辨率是不足的地区用于进一步分析范例和得到附加信息。 在表 1,产生宠物的喇曼光谱和 PA6。

图 1. 宠物和 PE6 的喇曼光谱

图 2 显示混合的喇曼图象在不同的波数; 在左边喇曼图象在显示-1 PA6 产生其统治峰顶在 2900 cm 的 2830-2940 cm-1。 在右边喇曼图象在显示-1 宠物地区由于其中一个在其发生在 1600 cm 的光谱的统治峰顶的 1590-1640 cm-1。 根据此,我们可以识别与宠物一些被遮没的域的宠物包围的 PA6 被遮没的海岛在构成不是明确定义的矩阵内的。

图 2. 混合的喇曼图象在指示的波数的

如上述,根据在图显示的喇曼图象 2 上,我们能看到聚合物混合遮没了宠物层由 PA6 组成包围的中央部分的地区。 也有对应于在 2830-2940 cm 图象的黑暗的区和宠物-1 的域,因此没有与 PA6 相关。

从纳诺 TA 热量探测的信息: 图 3 显示宠物区域的边缘的一个 AFM 阶段图象是与 PA6 以及里面 PA6 联系。 能被看见有结构在包围被遮没的 PA6 域是十倍等级 nanometres 和因而小于可以解决与喇曼显微学的宠物地区。

一部分的 3. 阶段图象的 PA6/PET 遮没了区域以及纳诺 TA 热量探测结果从这个中央 PA6 部分和在周围的宠物

有边界在宽是关于 100nm 的区域附近,并且在此之外有另外一种结构在这个中部。 这个边界显示一个转移在 248°C 哪些可能明显地把归咎到宠物哪些然后与喇曼数据一致。 更加中央的 PA6 区域,喇曼数据显示是 PA6,陈列一个熔化的转移在 237°C 的那哪些高于 220°C 哪些是熔化的温度 PA6。 此区域的曲线也显示一个转移在 123°C 哪些有玻璃转移的所有特性。 宠物 Tg 是在 70°C 附近,当 PA6 的它是 50°C. 时。 用于这些实验的迅速加热速率,在 20°C/sec 附近。,比在更加常规的热分析实验,但是此被看见不能解释被看到这里的非常地高温将提升更高的 Tg。 最可能的说明是这从这个所谓的严格的无定形的分数出现。 是著名的无定形的地区位于在水晶域之间可以由约束使严格在水晶材料强加的流动性和,因此增加此材料 Tg。 关于 PA6 的中部陈列的这个难熔温度,我们认为超高加热速率和超小的熔化的区导致,在这种情况下,这个分子取向的替补的抑制由这个边界在熔化的区附近。 因而 PA6 水晶聚合物链子仍然在一个针对的状态在融解,从而减少熔化熵和造成难熔点。 这建议熔化的温度如评定由纳诺 TA 热量探测可能提供我们关于聚合物取向的更多信息,如果我们适用不同的加热速率,并且这将是未来工作主题。

图 4 显示基体材料的 AFM 地势图象在 PA6/PET 域之间的有与是大约 1-3 微米的圆的域的一个清楚的结构。

图 4. 矩阵地势图象与纳诺 TA 热量探测的在球状结构和其余导致矩阵

在 1590-1640 (的喇曼-1 图象显示宠物) 的 cm 显示看来是在矩阵内的宠物域有构成必须是二材料的某个组合此范围的有些功能。 在表 8 我们能看到在圆的域内的熔化的温度是 217 +/- 是 PA6 的熔化的温度的 3°C (在实验错误内)。 在这些域之间的材料有一个难熔低于熔化的温度纯宠物的温度,但是一个。 这些的高分辨率 AFM 图象也显示出清楚的结构上的区别。 可以推断在 AFM 图象看到的圆的域在表 4 不是 在表 2 两个显示宠物由于这个低熔化的温度的喇曼图象看见的那些,并且,因为他们能被看到是存在高密度比宠物域图 6 显示。 结果有大致圆的域按是宠物丰富是 PA6 丰富的微米并且一个。 2830-2940 cm 图象的结束检验-1 (该显示 PA6) 在表 2 建议有恶劣解决的微米缩放比例功能没与 PA6 相关和,因此这对纳诺 TA 热量探测数据予以技术支持。

总之; PA6/PET 混合是复杂系统,并且分析其结构存在一个重大的挑战。 有由宠物或宠物丰富的材料包围的 PA6 或 PA6 丰富的域。 在这些功能的宠物有一个亚结构; 有是高度水晶宠物的 100nm 外壳。 在中央 PA6 域内有有巨大数量无定形的材料有非常高 Tg 的区域。 因为无定形的域很可能变得严格由于他们与这个水晶阶段的亲密的关联此高的玻璃转移出现。 有有趣观察被遮没的 PA6 域有一个高于预期的熔化的温度,并且此的说明是持续的工作主题。 除这些二阶段式域之外,有 1-3 微米单相域宠物丰富和 PA6 丰富的材料。 包围所有这些 是宠物和 PA6 混合物有在这两材料之间的一件熔化的温度半成品的矩阵。

结论

AFM 和纳诺 TA 热量探测可以用于,不用其他技术估计难的材料结构描绘为其它方法例如喇曼显微学。 在这个案件调查的这里非常好的协议和互补性在喇曼和纳诺 TA 热量探测数据之间在确定达到不同的域的构成。 不同的技术另外情报,喇曼光谱可能提供关于化学成分的毫不含糊的关于可以使用识别材料和容易地区分在水晶和无定形的阶段之间的转变温度的信息,当 AFM 和纳诺 TA 热量探测提供更高的空间分辨率时和信息。 这些调查能被看到作为分析这个结构的通用问题的通用示例,并且材料的构成在纳诺缩放比例和作为这样应用范围是可能地浩大的。

来源: Anasys 仪器

关于此来源的更多信息请参观 Anasys 仪器

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

Last Update: 13. June 2013 17:34

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit