Nanoscale 聚合物的热分析和描述特性使用 VITA nTA 技术的

由 AZoNano 编辑

目录

简介
Nanoscale 热分析 (nTA)
Nanoscale 热分析如何运作
Nanoscale 热分析的应用
     聚合物混合
     多层膜
     涂层
结论

简介

一定数量的热分析方法例如动态机械分析 (DMA)、热机的分析 (TMA) 和差别扫描量热计 (DSC)用于确定转变温度材料。 然而,这些方法提供仅一个范例平均为的结果,并且不提供关于涂层和影片的热量特性的信息。 另一个热量技术,基本强制显微学 (AFM)也使用确定材料的地势和要素配电器。 最近,一个新的技术, PeakForce QNM 提供评定的详细的改变一个非破坏性的解决方法在机械性能。 讨论的所有热分析方法以上可能提供一个明显的要素和阶段配电器,每当要素显示在机械性能上的严重的变化。

Nanoscale 热分析 (nTA)

Bruker 热分析 (VITA) 启用 nanoscale 热分析 (nTA),是一个革命技术允许局部转变温度估计在与 nanoscale 空间分辨率的实质面。 它评定范例的转变温度通过使用专门化的探测与范例表面联系。

Nanoscale 热分析如何运作

在此技术,探测,是固定的在这个范例的有些点,加热悬臂的末端并且通过使用 AFM 的标准电子束偏转检测评定偏折。 当这个范例加热时,它扩展并且推进探测以一个向上方式,从而增加垂直的偏折信号。 材料获得变柔和在转变温度,并且悬臂的强制扭屈范例表面。 这允许探测通过这个范例刺穿和减少悬臂的偏折。

偏折信号的倾斜更改表明一个热量转移进行了。 用于 nTA 的 AFM 悬臂以 MEMS 技术为特色生成悬臂的行程之间的一个导电性路径。 悬臂使用硅是制作的,并且路径是通过种入与掺杂物的多种浓度的硅生成的。

用于此方法的探测的 SEM 图象在表 1. 硅功能高导热性表示,启用高温舷梯费率并且允许迅速和局限化的范例热化。 可访问的温度范围和需求的局限化的热化做 nTA 技术这个最佳的方法的对聚合物的分析。

图 1。 用于 nTA 评定的 microfabricated 热量探测的 SEM 图象。 插页是技巧的缩放,联系与范例表面的联络。

Nanoscale 热分析的应用

nTA 的主要应用在聚合物领域的材料的充分的描述特性的在 nanoscale 的下面是详细的。

聚合物混合

AFM 是用途广泛分析配电器和样本大小以多种聚合物混合范例。 范例的域可以形象化使用阶段想象,并且地势数据技术,如图 2 和 3. 所显示 nTA 使用在识别不同的材料并且确定域是否被交互混合或充分地阶段被分离的。 用于图的范例是不溶的混合,比悬臂僵硬在室温。 所以,在机械性能上的变化基础上的物质确定可能变得不可靠。 然而,使用 nTA,转变温度充分地变化在要素之间并且允许直接组件确定。

(a)

(b)

图 2. (a) 多苯乙烯的 4µm x 4µm TappingMode AFM 图象 - 低密度聚乙烯 (PS-LDPE) 混合。 红色和蓝色圈子显示为在 PS 域和 LDPE 矩阵的 VITA 评定使用的这个地点,分别。 (b) VITA 显示再现在域里面的 PS 玻璃转化温度和 LDPE 熔化的转移的 nTA 评定在矩阵,因而毫不含糊地识别组件配电器。

(a)

(b)

图 3. (a) 聚乙烯氧化物的 4µm x 2µm TappingMode AFM 图象 - 显示地势 () 和阶段的间规的聚丙烯 (PEO sPP) 混合 (正确)。 红色圈子显示一个小的域,并且蓝色圈子显示一个相似的域,在这个纳诺热分析执行后。 (b) VITA nTA 评定进行在蓝色圈子的地点。 曲线显示一个转变温度典型 PEO,跟随由 sPP 融解转移。 表面上,小的功能可视在 AFM 图象表示容易地被横断的浅 PEO 域,允许探测感觉小的 PEO 域和强调 sPP 矩阵。

多层膜

多层膜为多种包装的应用是用途广泛。 一个多层膜的各自的层提供多种属性给最终影片。 图 4 显示用于食品包装的一个多层膜。 当热分析为分析综合栈时使用, nTA 启用热量属性的原地评定在各自的层的。 这允许每层的确定,除识别在任何层的多种缺陷之外。 转变温度其中任一单层可能也被映射识别所有转变温度梯度。

(a)

(b)

图 4. (a) 25µm x 12µm TappingMode 为食品包装使用的一个跨被区分的多层膜的地势图象。 (b) VITA 显示明显的热量转移的 nTA 数据在每块层。 蓝色曲线在外面包装层获得了 (在 AFM 图象的左右端) 并且陈列高转变温度预示高密度聚乙烯。 绿色曲线在这块中心层 (AFM 图象的中心) 和展览获得了更低的转变温度典型乙烯乙烯基酒精 (EVOH),障碍层的一个典型的选择。 与其半成品转变温度的红色曲线在薄层获得了包围这块中心层。

涂层

有机聚合物材料广泛地使用作为涂层在几种应用由于他们的外观和耐腐蚀性。 这种增长趋势使用更加稀薄的涂层使难分析与常规热分析仪器的涂层。 nTA 技术是非常成功在对更加稀薄的涂层的热分析由于其能力提供 nanoscale 空间分辨率。 图 5 显示使用 VITA nTA charecterize 在二要素固定的润滑剂涂层的物质配电器的一种应用。

(a)

(b)

图 5。 二要素固定的润滑剂涂层的一个光学图象 (a)。 圈子指示 nTA 数据被采取的地点,并且颜色关联与在这个图形 (b) 的曲线。 在这个图形的 nTA 数据通过他们明显的转变温度明显地鉴别二不同涂层。 完全缺乏在绿色曲线的转变温度向显示两个要素不是存在绿色圈子的地点。

结论

VITA nTA 技术结合显微学和热分析显示多相性和热量属性的空间的配电器。 此技术确定在微型和 nanoscale 的转变温度。 甚而没有重大的机械性能差异,此技术的主要优点是材料在微型和 nanoscale 的毫不含糊的描述特性。 转变温度知识在识别材料和确定可能帮助他们是否以无定形或水晶形式。模块使用允许科学家加热范例局部和评定地区热量属性在微型和 nanoscale 的 microfabricated 热量探测。 这做 VITA 辅助适用于分析聚合物混合或综合。

Bruker

Bruker 纳诺 表面 提供 从 他们 的 稳健 设计 和 易用 的 其他 商业 可用 的 系统 引人注意 , , 维护 最 高 分辨率 的 基本 强制 显微镜 / 扫描 探测 显微镜 (AFM/SPM ) 产品 。 NANOS 评定的题头,是所有我们的仪器的一部分,使用评定的悬臂式偏折一台唯一光导纤维的干涉仪,如此做设置协定它大于一个标准研究显微镜目的没有。

此信息是来源,复核和适应从 Bruker 纳诺表面提供的材料。

关于此来源的更多信息请参观 Bruker 纳诺表面。

 

Date Added: Apr 1, 2011 | Updated: Jan 23, 2014

Last Update: 23. January 2014 11:03

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