Las Asambleas de Pasta Orgánica de la Proyección De Imagen tienen gusto de los Oligómeros, Polímeros y los Derivados del Alcano Usando la Exploración Fuerzan Microscopia

Temas Revestidos

Antecedentes

Microscopia de la Fuerza de la Exploración

¿Por Qué es Útil Tener un Microscopio de la Fuerza de la Exploración Para la Investigación del Polímero?

Instrumentación y Muestras del AFM

Proyección De Imagen del Oligómero

Hexacontane

p-Hexaphenyl (p-6P)

Proyección De Imagen del Polímero

Copolímero de Bloque del Poliestireno-PMMA

Copolímero de Triblock del Estireno-Butadieno-Estireno de SBS

Polipropileno Orientado biaxialmente

Esferolitos

Capas Monomoleculares Ensambladas Uno Mismo del Ácido Fosfónico con el Encadenamiento Alkílico Largo

Conclusiones

Acuses De Recibo

Antecedentes

La microscopia de la fuerza de la Exploración (SFM), también conocida como microscopia atómica de la fuerza (AFM), es una técnica de proyección de imagen superficial basada en un proceso puramente mecánico de la proyección de imagen. Durante su revelado durante los 20 años pasados se ha convertido en un instrumento dominante en nanoscience y nanotecnología. En el AFM una punta muy sostenida asociada a un voladizo se trae en mismo gran proximidad a la superficie y al línea por línea entonces explorada para sondar la textura superficial de la muestra.

Microscopia de la Fuerza de la Exploración

La microscopia de la fuerza de la Exploración permite las mediciones "in-situ" que no requieren la coloración o el recubrimiento de la muestra como es necesario en técnicas de la microscopia electrónica. Dependiendo de parámetros de la muestra, el modo de contacto o los modos dinámicos (e.g. modo de IC) se puede utilizar para obtener imágenes de alta resolución incluso en muestras muy suaves. En modo de contacto la punta se explora contínuo en mismo gran proximidad a través de la muestra. En muestra dinámica de la punta del modo la acción recíproca se puede disminuir usando un voladizo vibrante. Además, el modo dinámico proporciona a la información cualitativa sobre parámetros de la muestra observando la señal de la fase.

¿Por Qué es Útil Tener un Microscopio de la Fuerza de la Exploración Para la Investigación del Polímero?

El AFM logra un más de alta resolución comparada con las técnicas tradicionales de la microscopia tales como microscopia pálida (LM) y microscopia de exploración confocal del laser (CLSM).

Las técnicas de la microscopia electrónica (EM) son también de uso frecuente en la investigación del polímero y el AFM se pueden utilizar como herramienta complementaria para estudiar tales preparaciones del polímero que sean demasiado sensibles ser estudiadas con un haz electrónico.

La preparación de la muestra del AFM es comparable fácil, hay ni una capa conductora requerida, ni cualquier coloración de la muestra. Las muestras se pueden guardar en las condiciones ambiente, y la proyección de imagen en líquido o en disolventes orgánicos es posible, también.

Intercambiar el líquido es también posible durante el experimento usando una célula del líquido de la perfusión. La temperatura puede ser controlada sobre una amplia gama, normalmente entre 0 y 240 °C.

Combinar diversas técnicas de proyección de imagen salva tiempo y lleva a resultados científicos más seguros y más significativos. Durante proyección de imagen del AFM, la muestra se puede observar ópticamente en luz reflejada y luz transmitida. Todo El contraste moderno que aumenta técnicas de la luz transmitida como está previsto por los microscopios ópticos invertidos se puede utilizar así como el AFM, y todas las técnicas de la microscopia de fluorescencia (confocales, CLSM, TIRF) y las aplicaciones de la luz polarizada están también disponibles.

Instrumentación y Muestras del AFM

Todas Las imágenes mostradas en este artículo fueron obtenidas con un JPK NanoWizard® AFM. El escenario del Polímero de JPK y el escenario de JPK LifeScience fueron utilizados, dependiendo del montaje de la aplicación y de la muestra. El escenario de las Ciencias de la Vida fue montado sobre un Zeiss que Axiovert 200 invirtió el microscopio óptico. Los Voladizos usados para la proyección de imagen eran de NanoWorld, de Mikromasch y de Appnanotech.

Las muestras que estudiamos para este parte eran pastas orgánicas, naturales y ejemplos sintetizados, tales como alcanos, derivados del alcano y aromates. Las pastas están de interés técnico y académico. El peso molecular de las muestras estudiadas en este parte coloca entre 300 y 130,000 g/mol.

Proyección De Imagen del Oligómero

Hexacontane

Cuadro 1. fórmula Química del hexacontane, MW 843,62 g/mol.

Hexacontane pertenece a los alcanos. Es un encadenamiento saturado y no-ramificado de C con 60 átomos de carbón (Cuadro 1). La longitud del A.C. - el único bono de C es 154 P.M., el ángulo del C-C-C es 104°. El punto de fusión de la pasta está entre 94 y 96 °C. Hexacontane es soluble en xileno caliente. Para el experimento una concentración 0,001 - 0,01 al g/l o el mol/L del ~ 10-5 - 10-6 es necesaria. Esta concentración inferior fue alcanzada con una serie de dilución. el magnesio 2 del hexacontane fue disuelto en 2 ml de xileno caliente (calentado al °C 60, el punto de ebullición del °C) del ~ 140 del xileno. el ìL 30 de esta solución fue diluido con el xileno de 870 ìL a una concentración de 0,03 mg/ml. el ìL 30 de esta solución entonces fue diluido con el ìL 870 del xileno a una concentración del final de 0,001 mg/ml.

Una máquina de pintar hecha en casa de la barrena (Rev. 1800/minuto) fue utilizada para la preparación de la muestra.

Cuadro 2. imagen del AFM de una preparación del hexacontane en HOPG.

Los galones representan las capas monomoleculares de hexacontane, mintiendo uno al lado del otro. El ancho de un galón corresponde a la longitud de la molécula del hexacontane.

Un pedazo de HOPG recientemente hendido (grafito pirolítico altamente pedido) fue utilizado como substrato de la muestra. Una caída de la solución diluida fue caída sobre el substrato y hecha girar para 30 - 60 S. Para una preparación mecánicamente más estable de la muestra la muestra puede ser heated sobre una placa solar al °C 140 por cerca de 10 Min. La muestra entonces era reflejada en modo dinámico con una punta de NanoWorld® SSS (silicio sostenido estupendo). Las Mejores imágenes fueron obtenidas en “suavemente” el modo dinámico, significando amortiguar relativamente débil de la amplitud donde está el setpoint cerca de la amplitud libre.

Comparar las dos zonas verdes en el Cuadro 2 muestra que ambos ellos exhiben un modelo de galones paralelos con diversas orientaciones. El ángulo entre los galones en los dos dominios es 60°. El Cuadro 3 muestra imágenes más de alta resolución dentro de uno de los dominios rayados. Los 7,5 anchos del nanómetro de los galones de las laminillas corresponden con la longitud de una molécula extendida del hexacontane.

Cuadro 3. Hexacontane, preparado en HOPG. Un lamellum tiene un ancho de 7,5 nanómetro. (a) talla 95 x 50 nanómetro de la imagen. (b) zoom, talla 30 x 30 nanómetro de la imagen

En el Cuadro 4 un diagrama esquemático muestra la ordenación de las moléculas del hexacontane dentro de las estructuras laminares. El uno mismo-ensamblaje lateral de las moléculas forma los modelos rayados considerados por el AFM.

El Cuadro 4. Uno mismo-Ensamblaje de las moléculas del hexacontane en HOPG lleva a las estructuras laminares con 7,5 anchos del nanómetro.

Más de alta resolución puede también ser logrado usando el AFM. La resolución Atómica del cedazo se ha logrado bajo condiciones ambiente en algunas muestras condensadas cristalinas de la materia tales como HOPG (grafito pirolítico altamente pedido) y superficies de la mica, tal y como se muestra en del Cuadro 5.

Cuadro 5. resolución Atómica del cedazo de una superficie de la mica. Imagen de la Altura. Talla 6.6 nanómetro x 6,6 nanómetro, z-rango de la Imagen 0,4 nanómetros. NanoWizard® AFM fue instalado en un microscopio invertido óptico.

p-Hexaphenyl (p-6P)

La pasta orgánica usada en este estudio es el parahexaphenyl, que se puede ver como viniendo de una estructura del bezene. El polímero conjugado es polivinílico-para-Hexaphenylene. El p-Hexaphenyl del oligómero consiste en un encadenamiento lineal de seis anillos de benceno, tal y como se muestra en del Cuadro 6.

Cuadro 6. estructura Química de p-Hexaphenyl. C36H26, peso molecular 458,60 g/mol.

La preparación de la Muestra fue hecha en un proceso de la sublimación del vacío. Las moléculas de Hexaphenylene fueron evaporadas en el vacío (10-7 mbar) en las temperaturas encima del °C 330 sobre dos diversas superficies, una superficie hendida de la mica, y una superficie recubierta oro de la mica. En ambos casos, las muestras fueron calentadas luego por un de rayo láser De ión argon enfocada.

En la mica y el oro el p-6P forma nanofibers. Dependiendo del substrante, la ordenación de la pasta lleva a modelos muy diversos de la fibra. En los agregados aciculares de la pieza de convicción de las superficies p-6P de la mica, como se ve en el Cuadro 7.

El Cuadro 7. nanofibres del p-Hexaphenyl se preparó en la mica limpia. Imágenes (correctas) de la Altura (dejada) y de la amplitud. Ìm del ìm X.25 de la talla 25 de la Imagen.

La distribución de la altura y del ancho es muy uniforme, con una altura típica alrededor 50-70 nanómetro, y un ancho típico de 350 nanómetro. Sus anchos pueden estar en la orden de varios cientos de nanómetros con alturas de algunos diez nanómetros y longitudes de varios diez a varios centenares de micrones. Las Áreas revestidas por las agujas alineadas en la misma dirección pueden alcanzar 1 cm2.

Entre las agujas, un gran número de pequeños puntos puede ser observado. Su densidad disminuye en el cercano de las varillas.

Consisten en el material orgánico del cual se crecen las varillas. Las fuerzas que impulsan el incremento son los campos de dipolo eléctrico en la superficie de la mica. Una superficie recientemente hendida de la mica del moscovita hace que un campo de dipolo superficial de 107 V/cm y de las moléculas de p-6P crezca paralelo a la dirección de este campo.

Cuando están irradiadas con la luz UV (360 nanómetro) las agujas muestran una fluorescencia azul profunda en 425 nanómetro, como puede ser visto en el Cuadro 8 (c). Una aplicación futura para estos nanofibres puede ser utilizarlos como nana-lightguides.

Cuadro 8. Micromanipulación en nanofibres. La punta del AFM fue utilizada para arañazo nanofibres de la superficie de la mica. La altura de las imágenes del AFM (a), y (b) la amplitud tienen una talla de la exploración del ìm de 25 ìm X.25. El área arañazo tenía un ìm 10 del ìm x de la talla 10. La imagen de la fluorescencia (c) tiene una talla 70 del ìm del ìm x 70.

Desde el AFM una microscopia de fluorescencia se puede realizar simultáneamente, la proyección de imagen óptica y del AFM puede ser "in-situ" usado para estudiar estos tipos de nanofibres y de sus propiedades ópticas.

Aquí la punta del AFM fue utilizada para arañazo los nanofibres de una región de la superficie de la mica, tal y como se muestra en del Cuadro 8. Un voladizo con un constante relativamente alto del muelle (40 N/m) fue utilizado como herramienta para la manipulación de la muestra.

Por Lo Tanto un modo dinámico de la proyección de imagen (modo de IC) fue utilizado para la proyección de imagen en la fuerza inferior sin perturbar las fibras. El instrumento fue utilizado en el modo de contacto para la manipulación, usando una fuerza aplicada del nN 100.

La Preparación de p-hexaphenyl en la mica oro-revestida lleva a un modelo reticular tal y como se muestra en del Cuadro 9. En este caso, el campo del dipolo fuerte de la mica es aislada por la tapa del oro. El Oro sí mismo no exhibe un tan alto campo de dipolo superficial. Por Lo Tanto las agujas forman una red en la superficie y no son paralelamente líneas alineadas.

Cuadro 9. nanofibres del p-hexaphenyl preparados en la mica oro-revestida. Las Agujas forman una estructura reticular. Ìm 20 del ìm x de la talla 20 de la Imagen. Imágenes (correctas) de la Altura (dejada) y de la amplitud.

Proyección De Imagen del Polímero

Copolímero de Bloque del Poliestireno-PMMA

Los primeros bloque-copolímeros donde sintetizado en los años 50. Contienen por lo menos diversos “bloques” de la condición atmosférica mínima dos en cada encadenamiento individual del polímero, donde la espina dorsal se compone de diversos monómeros. Su ventaja comparada con los polímeros tradicionales es sus propiedades físicas mejoradas y controlables.

Los monómeros del bloque-polymethyl-metacrilato del poliestireno de los di-blockcopolymer (Picosegundo-b-PMMA) consisten en encadenamientos conectados del und PMMA del poliestireno, con un peso molecular de 39.000 g/mol. Para la proyección de imagen del AFM esta muestra fue preparada en un proceso de la barrena-capa en un substrato de silicio. En la imagen de la altura en el Cuadro 10, los cilindros (ancho 10-15 nanómetro, altura 1 nanómetro) mintiendo en una superficie plana son sin obstrucción resueltos. Las varillas están mintiendo paralelamente solamente las líneas curvadas, y cada varilla puede estar hasta varios micrómetros largos.

En este caso, los cilindros planos que consisten en PMMA están mintiendo en una matriz del poliestireno. En la imagen de la fase del Cuadro 10, el contraste entre las varillas de PMMA (negro) y la matriz del poliestireno (verde) es más sin obstrucción resueltos.

Cuadro copolímero de bloque 10. Picosegundos-b-PMMA. Talla 1 x de la Imagen 1 ìm. Imagen de la Altura (dejada) y de la fase.

Copolímero de Triblock del Estireno-Butadieno-Estireno de SBS

Un copolímero bien conocido del tri bloque es SBS (butadieno-stryrene del estireno). SBS pertenece al grupo de elastómeros termoplásticos y es hecho por la polimerización aniónica. En el caso de SBS uno comienza con la polimerización aniónica del estireno, y agrega el butadieno, después de todo monómeros del estireno se ha reaccionado. Comenzar la reacción lleva al ión cargado de a negativo -. Estas soluciones de la reacción se llaman de “polímeros vida” porque en que un ambiente libere del agua y de los disolventes protic negativo - los iones orgánicos cargados permanecen allí, también después de todo los monómeros se polimerizan.

Cuadro 11 (a) visión esquemática Muy simple de la molécula del copolímero de bloque de SBS. (b) Estructura Química de las secciones del poliestireno y del polibutadieno. Las Piezas formadas de los monómeros del estireno (rojos) y de los monómeros del butadieno (azules) se marcan.

El poliestireno Puro es un plástico duro quebradizo y resistente, y éste da a SBS su durabilidad. El Polibutadieno es con la consistencia del caucho, y éste da a SBS sus propiedades parecidas a la goma y evita que el poliestireno se rompa. Durante la reacción las longitudes de los encadenamientos del estireno o del butadieno se pueden controlar individualmente. Los Copolímeros con un butadieno-encadenamiento suave corto son altamente transparentes, brillantes y resistentes a los choques. El polímero se utiliza para la comida y los cosméticos que empaquetan y que encogen la hoja metálica, ésos con encadenamientos más largos del butadieno para los lenguados de la zapata y las vías del neumático. El peso molecular de la muestra usada aquí era 130.000 g/mol.

Cuadro 12. Bloque-copolímero de SBS reflejado en el modo de IC. Ìm x de la talla 1 de la Imagen 1 ìm. Izquierda: imagen de la altura, la derecha: imagen de la fase. En las áreas oscuras de la imagen de la fase corresponda al polibutadieno, áreas brillantes al poliestireno.

Para las mediciones del AFM SBS tuvo que ser preparado en un soporte sólido. Primero, SBS fue disuelto en tolueno a una solución final del peso/volumen del 5%. Las películas finas utilizadas por un error de la tapa de cristal fueron preparadas en una máquina de pintar de la barrena (Rev. 1800/minuto).

La esmaltación del Vacío de SBS en las temperaturas encima del °C 100 (°C 190 en este caso) lleva a la separación de la nano-fase. En contraste con las imágenes de la altura del AFM de Picosegundo-b-PMMA (el Cuadro 10), la imagen de la altura en el Cuadro 12 exhibe una superficie relativamente sin rasgos distintivos, con los huecos de 80 nanómetro en diámetro y 3 - 4 nanómetro profundizados. La imagen de la fase exhibe un contraste fuerte a partir de 10-15 varillas oscuras anchas del nanómetro en una matriz brillante, donde están 60 las varillas nanómetro o más de largo. El análisis del histograma de la imagen de la fase en el Cuadro 13 (a) resuelve sin obstrucción las dos especies.

En este caso la muestra es un SBS estireno-rico. Algunos copolímeros de bloque muestran los fenómenos de-mezcla debido a la insolubilidad del polibutadieno en poliestireno. De datos (TEM) de la transmisión-electrón-microscopia se sabe que el butadieno forma los cilindros hexagonal pila de discos, embutidos en una matriz del estireno, como se muestra esquemáticamente en el Cuadro 13. Esto significa que en la imagen de la fase del Cuadro 12, las áreas oscuras corresponden al polibutadieno y a las áreas brillantes al poliestireno.

Cuadro 13. (a) Histograma de los valores en la imagen de la fase del Cuadro 12. (b) En un SBS estireno-rico los formularios a de la fase de la minoría (polibutadieno) hexagonal cierre-pila de discos la estructura del cilindro.

Polipropileno Orientado biaxialmente

Como el polipropileno orientado biaxialmente de los copolímeros también (BOPP, una más nueva abreviatura es PP-BO) pertenece a los polímeros que son comunes en uso diario. El nombre viene del proceso de fabricación en el cual una hoja metálica del polipropileno se estira en dos direcciones. La imagen del AFM en el Cuadro 14 revela a fibra-como la estructura. Las Fibras no son totalmente separadas y se orientan del superior izquierdo a la cara del abajo a la derecha de la imagen. Las fibras Que Conectan también pueden ser el extenderse visto de izquierda a derecha.

Cuadro 14. Hoja metálica Orientada Biaxialmente del polipropileno. Talla 800 nanómetro x 800 nanómetro, rango 33 nanómetro de la Imagen de la altura. Imágenes (correctas) de la Altura (dejada) y de la fase.

Comparado con las hojas metálicas estándar PP-BO del polipropileno tiene una diapositiva y una brillantez crecientes pero también agregó mejores parámetros mecánicos tales como rasgón adicional y resistencia del arañazo así como una alta rigidez, una buena resistencia e impermeabilidad de la baja temperatura para los líquidos y los gases. PP-BO se extiende extensamente, también para el uso del hogar (bolsos, hojas metálicas). el polipropileno Monoaxially-Orientado que se estira solamente en una dirección es de uso frecuente para las hojas metálicas adhesivas. Desde 10 años, un número cada vez mayor de países (Australia, Rumania y otras) publica sus billetes de banco hechos fuera de PP-BO debido a su resistencia de desgaste y número más elevado de opciones para agregar rasgos de seguridad.

Esferolitos

Algunas bacterias utilizan polivinílico-hydroxybutyrate (PHB) como molécula del almacenamiento de la comida. Cambiando la materia de base pueden también ser forzadas a producir un copolímero nombrado el consistir en PHB-PHV polivinílico-hydroxybutyrate-polivinílico-hydroxyvalerate que contiene los monómeros ù-hidroxis del ácido valeriánico.

Cuadro 15. Fórmula Química de polivinílico-hydroxybutyrate. Se sintetiza en una reacción de la policondensación de los monómeros ù-hidroxis del ácido butírico.

Muchos polímeros tienden a plegable a lo largo de la longitud de cadena para formar cristales planos grandes, con un espesor mucho más pequeño que las dimensiones laterales. Estas laminillas son a menudo paralelas formado y forman las hojas cristalinas acodadas. Las hojas también pueden formar ordenaciones más grandes, donde las laminillas crecen aproximadamente radial fuera del centro de una esferolito del polímero. Las imágenes visualizadas en el Cuadro 16 muestran a sección central de una estas estructuras de la esferolito.

Cuadro 16. Imagen de la Altura (dejada) e imagen de la fase (correcta) de una estructura de la esferolito en una película de PHB-PHV. Ìm 8, rango del ìm x de la talla 8 de la Imagen 140 nanómetro de la altura.

Capas Monomoleculares Ensambladas Uno Mismo del Ácido Fosfónico con el Encadenamiento Alkílico Largo

El ácido de Octadecylphosphonic (OPA) es una molécula amphiphilic con el A.C. - encadenamiento del alquilo 18 y un grupo ácido fosfónico en un extremo (Cuadro 17). Se utiliza para la modificación de las superficies de metal oxidic (pasivación). En las superficies de aluminio sirve como protector de la corrosión y también se ha utilizado para la modificación química de las superficies titanium del implante.

Cuadro 17. Ácido de Octadecylphosphonic (OPA), CH3(CH2)17PO3H2, peso molecular 334,5 g/mol.

La Preparación de OPA en la mica lleva a las capas monomoleculares uno mismo-ensambladas robustas. Para la preparación de las capas monomoleculares de OPA en la mica, OPA se disuelve en el etanol (0,25 milímetros) y la solución se extiende sobre una hoja recientemente hendida de la mica (8 x 8 milímetros). El OPA se permite adsorber para 10 s, después exceso de la solución se quita con una secuencia del nitrógeno seco.

Cuadro 18. OPA se preparó en la mica lleva a las capas monomoleculares. Ìm 2 de la talla 2 x de la Exploración. Altura (a), desvío (b) e imágenes de la fuerza lateral (c).

La proyección de imagen del AFM fue realizada en modo de contacto con muy suavemente un voladizo (constand del muelle 40 mN/m) para el modo de la fuerza lateral. En puntos redondos de las imágenes de la altura los pequeños con los diámetros en el rango de 100 nanómetro sea sin obstrucción resuelto. Pero también placas curvilíneas más grandes con los diámetros hasta 1 ìm pueden ser observadas. El corte transversal visualizado en el Cuadro 19 indica que el paso de progresión medio de la altura es 2,3 nanómetro. El análisis del histograma de la imagen de la altura también muestra esta distribución uniforme de la altura. La altura de las placas corresponde con la longitud de una única molécula de OPA.

Cuadro 19. (a) El corte transversal indica la altura de la capa monomolecular de OPA. (b) Análisis del Histograma de la imagen de la altura de OPA. Dos picos son sin obstrucción resueltos.

En la imagen de la fuerza lateral en el Cuadro 18 (c), las placas indican una desviación lateral relativamente inferior y así una fricción más inferior comparadas con la fricción en la superficie pura de la mica.

En las áreas destapadas por OPA un modelo de dominios más brillantes y más oscuros es resuelto que es invisible en la imagen vertical de la desviación.

Conclusiones

En este parte presentamos estudios AFM-basados en las muestras hechas de los alcanos, de los derivados, de los aromates y de los polímeros del alcano. La Información sobre las propiedades de la superficie de la muestra se podía obtener en un micrómetro y un rango del nanómetro. Los ensamblajes de la Molécula podían ser resueltos hasta la longitud de únicas moléculas. Los fenómenos de la separación de Fase también se podían estudiar, no sólo dependiendo de las propiedades superficiales puras solamente. En caso de muestras fluorescentes combinamos con éxito microscopia de fluorescencia con el AFM.

Acuses De Recibo

Agradecemos al Dr. Fank Balzer, Universidad Berlín, Alemania para las muestras del nanofibre de para-hexaphenyl, Profesor Thomas Thurn-Albrecht, Universidad de Humboldt de Halle, Alemania, por la muestra Picosegundo-b-PMMA, el Dr. Heng-Yong Nie, Londres, Ontario, Canadá para la hoja metálica de BOPP y Profesor Mervyn Miles, Universidad de Bristol, Inglaterra, para la muestra de la esferolito.

Fuente: Instrumentos de JPK

Para más información sobre esta fuente visite por favor los Instrumentos de JPK

Date Added: Feb 25, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:28

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