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

Resumo

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.

Resumo

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.

Introdução

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....

Protocolo

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 parte superior dos vidros para evitar contaminação.
6. Uma vez totalmente dissolvida, coloque a solução de PVA a 20% em um recipiente apropriado para armazenamento à ....

Resultados

As esferas de PS ((C₈H₈)_n) foram depositadas sobre substrato de Si limpo (Figura 1A) e sobre PVA ((CH₂CHOH)_n) (Figura 1B,C). Devido à baixa aderência do cordão em Si, imagens nanoIR em modo de contato não puderam ser adquiridas para esta amostra. Em vez disso, usando a visão óptica da amostra em nanoIR, a sonda AFM revestida a ouro foi acoplada sobre o cordão PS em modo de contato, com uma f.......

Discussão

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 estável posicionado .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
10|0 2200 Taklon dourado redondo	Zem
5357-8NM pinças	Pelco
abas adesivas	Ted Pella	16079
AFM discos de amostra de metal	Ted Pella	16208
Binocular	AmScope
Cantilever para medições nanoIR	AppNano		FORTGG
Placas de cultura de células	Greiner bio-one GmbH
Dessecador
Mesa óptica flutuante	Newport	RS 4000
Placa de aquecimento	VWR
Isopropanol
Kimwipes	KIMTECH
Barra
Micropartículas à base de poliestireno tamanho: 5 µ m	SIGMA-ALDRICH	79633
microscópio nanoIR2	Bruker		Modo de contato NanoIR2
Tanque de nitrogênio	Airgas
Placas de Petri	Greiner bio-one GmbH
Álcool polivinílico	SIGMA-ALDRICH	363170	este polímero foi apenas 87%-89% hidrolisado, o que explica a presença de C=O residual a 1730 cm-1
	luz do dia	a laser em cascata	1550-1800 cm-1
Faixa de wafer de silício	MEMC St. Peters	#901319343000
Spin coater	Oscilla

de agitação magnética de sup>Quantum