Avanços em Espectroscopia de Infravermelho em Nanoescala para Explorar Sistemas Poliméricos Multifásicos

Summary

Este protocolo descreve a aplicação da microscopia de força atômica e da espectroscopia no infravermelho em nanoescala para avaliar o desempenho da espectroscopia no infravermelho fototérmico em nanoescala na caracterização de amostras tridimensionais multipoliméricas.

Abstract

Os sistemas poliméricos multifásicos englobam domínios locais com dimensões que podem variar de algumas dezenas de nanômetros a vários micrômetros. Sua composição é comumente avaliada usando espectroscopia de infravermelho, que fornece uma impressão digital média dos vários materiais contidos no volume sondado. No entanto, essa abordagem não oferece detalhes sobre a disposição das fases no material. Regiões interfaciais entre duas fases poliméricas, muitas vezes na faixa de nanoescala, também são difíceis de acessar. A espectroscopia no infravermelho em nanoescala fototérmica monitora a resposta local de materiais excitados pela luz infravermelha com a sonda sensível de um microscópio de força atômica (AFM). Embora a técnica seja adequada para interrogar pequenas características, como proteínas individuais em superfícies de ouro imaculadas, a caracterização de materiais multicomponentes tridimensionais é mais elusiva. Isso se deve a um volume relativamente grande de material em expansão fototérmica, definida pela focalização do laser sobre a amostra e pelas propriedades térmicas dos constituintes poliméricos, em comparação com a região nanométrica sondada pela ponta AFM. Usando um grânulo de poliestireno (PS) e um filme de álcool polivinílico (PVA), avaliamos a pegada espacial da espectroscopia de infravermelho fototérmico em nanoescala para análise de superfície em função da posição do PS no filme de PVA. O efeito da posição da feição nas imagens infravermelhas em nanoescala é investigado, e os espectros são adquiridos. Algumas perspectivas sobre os futuros avanços no campo da espectroscopia no infravermelho fototérmico em nanoescala são fornecidas, considerando a caracterização de sistemas complexos com estruturas poliméricas embutidas.

Introduction

A microscopia de força atômica (AFM) tornou-se essencial para obter imagens e caracterizar a morfologia de uma grande variedade de amostras com resolução em nanoescala1,2,3. Através da medição da deflexão de um cantilever de AFM resultante da interação da ponta afiada com a superfície da amostra, foram desenvolvidos protocolos de imagem funcional em nanoescala para medidas de rigidez local e adesão ponta-amostra ^4,5. Para análise de matéria condensada mole e polímeros, medidas de AFM explorando as propriedades nanomec....

Protocol

1. Fazer solução de álcool polivinílico (PVA)

1. Meça os pellets de água e polímero PVA (ver Tabela de Materiais) para criar uma solução de 10 mL na proporção de 20% PVA/água em peso.
2. Aqueça a água no copo sobre uma placa quente regulada a 100 °C.
3. Coloque os pellets de polímero PVA na água aquecida. Insira uma barra de agitação magnética.
4. Reduza o fogo para 80 °C e mexa até que o PVA se dissolva completamente.
5. Cubra a p.......

Discussion

AFM combinado com espectroscopia nanoIR pode fornecer informações químicas em nanoescala usando um cantilever em modo de contato e uma fonte de luz IR pulsada ajustável. Sistemas modelo, como a incorporação de um absorvedor com dimensões finitas no volume de um material polimérico, são importantes para melhorar a compreensão dos mecanismos de formação de imagens e determinar o desempenho da ferramenta. No caso da configuração PS/PVA aqui apresentada, a otimização foi realizada para obter um cordão PS est.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
10|0 2200 Golden Taklon Round	Zem
5357-8NM Tweezers	Pelco
Adhesive Tabs	Ted Pella	16079
AFM metal specimen disks	Ted Pella	16208
Binocular	AmScope
Cantilever for nanoIR measurements	AppNano		FORTGG
Cell culture dishes	Greiner bio-one GmbH
Desiccator
Floating optical table	Newport	RS 4000
Hotplate	VWR
Isopropanol
Kimwipes	KIMTECH
Magnetic stir bar
Microparticles based on polystyrene size: 5 µm	SIGMA-ALDRICH	79633
nanoIR2 microscope	Bruker		Contact mode NanoIR2
Nitrogen Tank	Airgas
Petri dishes	Greiner bio-one GmbH
Polyvinyl Alcohol	SIGMA-ALDRICH	363170	this polymer was only 87%-89% hydrolyzed, which explains the presence of residual C=O at 1730 cm-1
Quantum Cascade Laser	Daylight Solutions		1550-1800 cm-1 range
Silicon wafer	MEMC St. Peters	#901319343000
Spin coater	Oscilla