喇曼分光學和對使用納諾 TA 熱量探測的聚合物混合的納諾熱分析從 Anasys 儀器

包括的事宜

背景
局部熱分析技術
實驗設置
結果和論述
結論

背景

分析聚合物混合可能有時存在一個唯一技術的一個重大的挑戰,并且這個最佳的方式是技術的組合。 在此條款上,我們討論通過在 500nm 空間分辨率的喇曼分光學最初被分析的 PA6-PET 混合。 在一個子100nm 空間分辨率的隨後的熱量描述特性通過納諾 TA 熱量探測在獲得顯示了從喇曼研究不是可得到的很多有趣詳細資料和更加複雜的亞結構并且幫助了對混合的詳細瞭解。

局部熱分析技術

納諾 TA 熱量探測是結合基本強制顯微學的高空間分辨率想像功能以這個能力獲得對材料熱量工作情況的瞭解與一個空間分辨率的子100nm 的一個局部熱分析技術。 (在空間分辨率 ~50x 的突破比科技目前進步水平改善)。 常規 AFM 技巧被有一臺嵌入微型加熱器的特殊納諾 TA 熱量探測探測替換和是由特殊地被設計的納諾 TA 熱量探測硬件和軟件控制的。 此納諾 TA 熱量探測探測使表面形象化在使這個用戶選擇空間的地點他們希望調查表面的熱量屬性的 nanoscale 解決方法在 AFM 的定期想像模式下。 這個用戶通過適用熱局部通過探測技巧和評定這種熱機的回應然後得到此信息。

實驗設置

喇曼顯微學執行與與 500nm 的空間分辨率的一個共焦的喇曼系統 (詳細資料是所有權的對日產弧)。 nanoscale 熱量結果得到了使用 Veeco 維數 3100 AFM 裝備 Anasys 儀器 (AI)納諾熱量分析 (納諾 TA 熱量探測) 輔助部件,并且 AI 微型用了機器製造熱量探測。 空間想像和局限化的 (LTA)熱分析準確在這個 100nm 縮放比例執行。 聯絡和開發的模式用於獲取表面被使用的圖像和 LTA 確定不同的域的 (Tg)玻璃轉化溫度以 10°C /s 加熱速率。

存在的納諾 TA 熱量探測數據是懸臂式偏折 (當探測是與被關閉的範例表面和反饋聯繫) 時被密謀探測溫度。 此評定是類似於熱機的分析源遠流長的技術 (TMA)和叫作納諾 TA 熱量探測。 導致變柔和在這個技巧下的材料的活動例如熔化或玻璃轉移,導致懸臂的向下偏折。 關於此技術的詳細信息可以得到在 www.anasysinstruments.com

結果和論述

調查的 PA6 和寵物的混合這裡是比例 1 :3. 它首先分析了與喇曼分光學,并且納諾 TA 熱量探測在喇曼技術空間分辨率是不足的地區用於進一步分析範例和得到附加信息。 在表 1,產生寵物的喇曼光譜和 PA6。

圖 1. 寵物和 PE6 的喇曼光譜

圖 2 顯示混合的喇曼圖像在不同的波數; 在左邊喇曼圖像在顯示-1 PA6 產生其統治峰頂在 2900 cm 的 2830-2940 cm-1。 在右邊喇曼圖像在顯示-1 寵物地區由於其中一個在其發生在 1600 cm 的光譜的統治峰頂的 1590-1640 cm-1。 根據此,我們可以識別與寵物一些被遮沒的域的寵物包圍的 PA6 被遮沒的海島在構成不是明確定義的矩陣內的。

圖 2. 混合的喇曼圖像在指示的波數的

如上述,根據在圖顯示的喇曼圖像 2 上,我們能看到聚合物混合遮沒了寵物層由 PA6 組成包圍的中央部分的地區。 也有對應於在 2830-2940 cm 圖像的黑暗的區和寵物-1 的域,因此沒有與 PA6 相關。

從納諾 TA 熱量探測的信息: 圖 3 顯示寵物區域的邊緣的一個 AFM 階段圖像是與 PA6 以及裡面 PA6 聯繫。 能被看見有結構在包圍被遮沒的 PA6 域是十倍等級 nanometres 和因而小於可以解決與喇曼顯微學的寵物地區。

一部分的 3. 階段圖像的 PA6/PET 遮沒了區域以及納諾 TA 熱量探測結果從這個中央 PA6 部分和在周圍的寵物

有邊界在寬是關於 100nm 的區域附近,并且在此之外有另外一種結構在這個中部。 這個邊界顯示一個轉移在 248°C 哪些可能明顯地把歸咎到寵物哪些然後與喇曼數據一致。 更加中央的 PA6 區域,喇曼數據顯示是 PA6,陳列一個熔化的轉移在 237°C 的那哪些高於 220°C 哪些是熔化的溫度 PA6。 此區域的曲線也顯示一個轉移在 123°C 哪些有玻璃轉移的所有特性。 寵物 Tg 是在 70°C 附近,當 PA6 的它是 50°C. 時。 用於這些實驗的迅速加熱速率,在 20°C/sec 附近。,比在更加常規的熱分析實驗,但是此被看見不能解釋被看到這裡的非常地高溫將提升更高的 Tg。 最可能的說明是這從這個所謂的嚴格的無定形的分數出現。 是著名的無定形的地區位於在水晶域之間可以由約束使嚴格在水晶材料強加的流動性和,因此增加此材料 Tg。 關於 PA6 的中部陳列的這個難熔溫度,我們認為超高加熱速率和超小的熔化的區導致,在這種情況下,這個分子取向的替補的抑制由這個邊界在熔化的區附近。 因而 PA6 水晶聚合物鏈子仍然在一個針對的狀態在融解,從而減少熔化熵和造成難熔點。 這建議熔化的溫度如評定由納諾 TA 熱量探測可能提供我們關於聚合物取向的更多信息,如果我們適用不同的加熱速率,并且這將是未來工作主題。

圖 4 顯示基體材料的 AFM 地勢圖像在 PA6/PET 域之間的有與是大約 1-3 微米的圓的域的一個清楚的結構。

圖 4. 矩陣地勢圖像與納諾 TA 熱量探測的在球狀結構和其餘導致矩陣

在 1590-1640 (的喇曼-1 圖像顯示寵物) 的 cm 顯示看來是在矩陣內的寵物域有構成必須是二材料的某個組合此範圍的有些功能。 在表 8 我們能看到在圓的域內的熔化的溫度是 217 +/- 是 PA6 的熔化的溫度的 3°C (在實驗錯誤內)。 在這些域之間的材料有一個難熔低於熔化的溫度純寵物的溫度,但是一个。 這些的高分辨率 AFM 圖像也顯示出清楚的結構上的區別。 可以推斷在 AFM 圖像看到的圓的域在表 4 不是 在表 2 兩個顯示寵物由於這個低熔化的溫度的喇曼圖像看見的那些,并且,因為他們能被看到是存在高密度比寵物域圖 6 顯示。 結果有大致圓的域按是寵物豐富是 PA6 豐富的微米並且一个。 2830-2940 cm 圖像的結束檢驗-1 (該顯示 PA6) 在表 2 建議有惡劣解決的微米縮放比例功能沒與 PA6 相關和,因此這對納諾 TA 熱量探測數據予以技術支持。

總之; PA6/PET 混合是複雜系統,并且分析其結構存在一個重大的挑戰。 有由寵物或寵物豐富的材料包圍的 PA6 或 PA6 豐富的域。 在這些功能的寵物有一個亞結構; 有是高度水晶寵物的 100nm 外殼。 在中央 PA6 域內有有巨大數量無定形的材料有非常高 Tg 的區域。 因為無定形的域很可能變得嚴格由於他們與這個水晶階段的親密的關聯此高的玻璃轉移出現。 有有趣觀察被遮沒的 PA6 域有一個高於預期的熔化的溫度,并且此的說明是持續的工作主題。 除這些二階段式域之外,有 1-3 微米單相域寵物豐富和 PA6 豐富的材料。 包圍所有這些 是寵物和 PA6 混合物有在這兩材料之間的一件熔化的溫度半成品的矩陣。

結論

AFM 和納諾 TA 熱量探測可以用於,不用其他技術估計難的材料結構描繪為其它方法例如喇曼顯微學。 在這個案件調查的這裡非常好的協議和互補性在喇曼和納諾 TA 熱量探測數據之間在確定達到不同的域的構成。 不同的技術另外情報,喇曼光譜可能提供關於化學成分的毫不含糊的關於可以使用識別材料和容易地區分在水晶和無定形的階段之間的轉變溫度的信息,當 AFM 和納諾 TA 熱量探測提供更高的空間分辨率時和信息。 這些調查能被看到作為分析這個結構的通用問題的通用示例,并且材料的構成在納諾縮放比例和作為這樣應用範圍是可能地浩大的。

來源: Anasys 儀器

關於此來源的更多信息请請參觀 Anasys 儀器

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

Last Update: 13. June 2013 17:38

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit