汤姆Eby,一个Usha Gundusharma,一个迈克尔•罗bKhoren Sahagian,b柯蒂斯Marcottc和凯文Kjollerb
一个金伯利克拉克公司Neenah WI,美国
bAnasys仪器公司,圣芭芭拉、钙、美国
c轻解决方案,LLC,雅典,乔治亚州,美国
介绍
识别未知的多层样品非常类似于解决数独谜题,在推导出最终的解决方案整合在一起的信息在一个一致的方式。通常,提取这些数据从超薄层(< 5µm)是有限的,由于衍射极限,在中红外辐射,或要求有大量的材料热分析(TA)。一般来说,目前的分析方法要求剥离材料通过提取层化学或“脱皮”每一层一个接一个应用之前提到的分析技术。研究人员将需要重建全面的信息。此外,大量的信息可能会丢失或被认错无意中应该其中一层太薄被检测出来。
保持在分析多层的结构完整,用户可能会检查化学多层通过横截面的电影和显微镜下检查,如通过傅里叶变换红外(ir)显微镜或扫描探针显微镜(SPM)。半岛综合体育官方APP下载德甲商用红外显微镜提供一个名义上的空间分辨率3-30µm不仅在中光谱区域,根据波数,但这一决议是现代纳米材料分析的不足。SPM可以空间解决材料在纳米尺度的地形。然而,尽管大量的SPM-based表面描述技术,化学信息没有直接可用的没有做出的假设和推断。纳米级的可用性(原子力显微镜耦合)红外光谱(AFM-IR)和纳米级热分析(nanoTA),可以获得红外光谱和过渡温度每一层的截面多层薄膜。半岛综合体育官方APP下载德甲技术都是AFM-based以来,地貌很容易与光谱和热数据在一个比以前更高的空间分辨率可以实现的。
AFM-IR和nanoTA技术
是由Dazzi AFM-IR技术et al。利用自由电子激光(恶魔)中心激光Infrarouge外面(克莱奥,大学,因为法国),1利用光照诱导共振(PTIR)的效果。一个实验室规模红外光源,可调1200厘米之间1和3600厘米1为此,已经被开发了,最近被用于研究。2,3AFM-IR技术是基于快速热膨胀材料在吸收10纳秒脉冲发生的特定波长的红外辐射。快速扩张和收缩的正上方空间,AFM悬臂开始接触环从这些冲动(图1)。在这里,悬臂的铃流振幅直接相关的吸收系数和样本力学性能。4最终,这个铃流振幅用于生成一个absorption-like红外光谱。尽管示例照明方案类似于衰减全反射(ATR),结果AFM-IR光谱看起来更像吸光度光谱来源于传输测量傅立叶变换红外光谱,因此,不仅商用中数据库有良好的相关性。nanoTA技术是一种行之有效的技术,提供了引人注目的样品在检测时间和优势转变温度的材料在传统热分析技术、差示扫描量热法(DSC)等。在传统仪器,样品加热的,可能慢,无意中退火样品加热过程中。本质上,这个过程改变了材料的物理状态和实验转变温度可能不再代表样本的初始状态。通过加热一小当地非常迅速(典型的10°C1但可以实现高于1000°C1),本机过渡温度可以准确地探测。这种高通量技术采用专业ThermaLever,嵌入式电阻加热元件的u型悬臂(图2)。5加热时电压应用于悬臂。本地材料升温,材料膨胀及软化,ThermaLever会渗透样品。这些观察捕获由悬臂挠度的变化在实验。
实验
未知成分的多层薄膜研究嵌入在商用两部分环氧,一夜之间变硬之前被切片机在环境温度。~ 700 nm厚截面的电影从切片机转移到干净的奈米棱镜表面,它坚持通过弱的分子间作用力。所有AFM-IR测量是在一个地区,整个电影与奈米棱镜接触良好。标准的接触模式下AFM悬臂,通常一个AppNano SICONA(美国圣克拉拉,CA)或Mikromasch CSC37-ALBS(爱沙尼亚塔林),被用来收集AFM-IR光谱和图像。红外激光功率设置为大约0.3 - -0.5 mW分析工作室软件(Anasys工具,版本。3.4)。至少有三个光谱采样数据点4厘米的间距1收集和co-averaged在每个位置。一个点平滑常规应用于光谱使用上述软件。红外光谱是对聚苯乙烯标准校准。红外激光的光谱分辨率大约是10厘米1和空间分辨率与这个示例将~ 200纳米。所有nanoTA测量,200µm Anasys ThermaLever被用来收集热过渡和拓扑数据。ThermaLever校准对polycalprolactone,聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯标准。
AFM-IR多层膜的分析
多层膜的结构特性和尺寸由SEM和AFM技术可以很容易地确定。这部电影是由六大层包括填料、SEM和AFM图像中看到的图3。在这一点上,没有具体的化学信息可以从这些图片中提取。这是一个典型的缺点与这些流行的表面技术有关。
使用nanoIR仪器,每一层的红外特征可以被识别。后获得一个AFM图像在影片中,单击AFM-IR光谱被揭示每一层的组成和直接连接到它的地形(图4)。乍一看,层1和2的光谱(图4)的红色和蓝色的痕迹出现相似,似乎是由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。一个IR组频率,与聚氨酯(1516厘米一致1),第三层。层4、5和6的聚乙烯(1372厘米的光谱特性1,1460厘米1,2848厘米1和2920厘米1),但吸收约3330厘米1和1640厘米1也见过第四层(图4)黑色痕迹。在更大的放大(图5),夹杂物在第四层清晰可见,在很多地方AFM-IR光谱显示大规模吸收约3330厘米吗1在1640厘米1。此外,反对称和对称CH-stretching乐队是强大的和尖锐;一个甲基CH-stretching乐队也观察到2952厘米1。然而,红外吸收光谱的1.2µm包容缺乏这些强大的乐队(蓝色标记在图6)。这些数据显示,第四层的核心组件是聚乙烯和hydroxyl-containing夹杂物材料,如淀粉或纤维素。
尽管有相似之处,第五层是第四层明显不同。除了广泛吸收的消失在3330厘米1,在2952厘米的肩膀1不太明显。变形模式有点蓝移(1460厘米1)和脂族反对称CH2拉伸吸收带红移(2916厘米1)。这可能是由于更下令聚乙烯,不如,在第四层methyl-terminated结束。层5没有任何杂质。
AFM-IR光谱表明,层6类似,但不同,第四层。从地形上和化学层6中的夹杂物相似的第四层。图7中的蓝色光谱也有扩大吸收特性接近3330厘米1和1640厘米1。然而,中间的层的夹杂物有少于5层附近区域(图7)。与紫色标记相关的吸收光谱与聚乙烯是一致的。它也指出,相对乐队比1460厘米之间1和1368厘米1一层一层6比4中是不同的。这可能是由于不同的分子量和/或不同数量的侧支的聚乙烯。
Nano-TA多层膜的分析
当地多层样品的热分析提供了另一个维度的分析数据来确定其化学特性。转变温度显微镜(TTM)用于地图空间软化温度在整个截面变化的多层结构。TTM,截面多层地图软化温度是绘制在一个二维空间,覆盖每一个1µm x和y 2µm(图8)。248°C和235°C的软化温度层1和2重申两层是由宠物。2层也可能包含一个高熔体填充材料因为没有过渡中可以发现一些热的痕迹。有明显的不透明白色的色调与这层联系在一起,暗示这可能是二氧化钛。二氧化钛层单独确认的电子探针显微分析(EDS)。两种转换是在第三层发现,对应于聚氨酯的软硬段聚合物。nanoTA开始熔化温度如图所示的4和6层聚乙烯转变温度附近的预计,但大偏差检测。这是由于hydroxyl-containing包裹体的存在,分布在层内。通过获取局部化学和局部热分析从截面多层膜,深刻理解其生化的属性可以直接获得。
总结
使用纳米红外光谱学的组合(AFM-IR)和纳米级热分析(nanoTA),组成一个复杂半岛综合体育官方APP下载德甲的多层聚合物薄膜被解构。(表1)。使用AFM悬臂作为红外吸光度检测器,电影的横截面的地形是直接关联到相应的红外光谱和转变温度高空间分辨率。化学信息的小有机包裹体(小至1.2µm)在4和6层提取。nanoTA技术确定截面的每一层的转变温度。这两种方法不仅补充和加强化学作业的有效性,化学和热性能可以与相同的样本空间和地形信息。AFM-IR和nanoTA可能结合的结果发现从其他技术,如扫描电子显微分析(SEM)来获得一个完整的理解的材料。
层 |
约。厚度(µm) |
作文> |
1 |
14 |
宠物(聚酯) |
2 |
1.2 |
宠物+二氧化钛微粒 |
3 |
4.6 |
PU(聚氨酯) |
4 |
20. |
PE(聚乙烯);哦,在分散模糊域发现 |
5 |
5 |
体育 |
6 |
18 |
第四层一样 |
引用
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