Fortschritte in der nanoskaligen Infrarotspektroskopie zur Erforschung mehrphasiger Polymersysteme

Mehrphasige polymere Systeme umfassen lokale Domänen mit Abmessungen, die von einigen zehn Nanometern bis zu mehreren Mikrometern variieren können. Ihre Zusammensetzung wird üblicherweise mit Hilfe der Infrarotspektroskopie beurteilt, die einen durchschnittlichen Fingerabdruck der verschiedenen Materialien liefert, die in dem untersuchten Volumen enthalten sind. Dieser Ansatz bietet jedoch keine Details über die Anordnung der Phasen im Material. Grenzflächenbereiche zwischen zwei polymeren Phasen, oft im Nanobereich, sind ebenfalls schwer zugänglich. Die photothermische nanoskalige Infrarotspektroskopie überwacht die lokale Reaktion von Materialien, die durch Infrarotlicht angeregt werden, mit der empfindlichen Sonde eines Rasterkraftmikroskops (AFM). Während sich die Technik für die Untersuchung kleiner Merkmale, wie z. B. einzelner Proteine auf makellosen Goldoberflächen, eignet, ist die Charakterisierung von dreidimensionalen Mehrkomponentenmaterialien schwieriger zu fassen. Dies ist auf ein relativ großes Materialvolumen zurückzuführen, das einer photothermischen Ausdehnung unterliegt, die durch die Laserfokussierung auf die Probe und durch die thermischen Eigenschaften der polymeren Bestandteile definiert wird, verglichen mit dem nanoskaligen Bereich, der von der AFM-Spitze untersucht wird. Unter Verwendung eines Polystyrol (PS)-Kügelchens und eines Polyvinylalkohol (PVA)-Films bewerten wir den räumlichen Fußabdruck der photothermischen nanoskaligen Infrarotspektroskopie für die Oberflächenanalyse in Abhängigkeit von der Position von PS in der PVA-Schicht. Der Einfluss der Merkmalsposition auf die nanoskaligen Infrarotbilder wird untersucht und Spektren aufgenommen. Es werden einige Perspektiven auf die zukünftigen Fortschritte auf dem Gebiet der photothermischen nanoskaligen Infrarotspektroskopie unter Berücksichtigung der Charakterisierung komplexer Systeme mit eingebetteten Polymerstrukturen aufgezeigt.