Introduction
첨가제 제조는 최근 의료 기기 1 반도체에 도자기에 이르기까지의 제조를위한 유망 기술로 떠오르고있다. 첨가제의 제조 응용 인쇄 세라믹, 금속 산화물 및 금속 부품으로 확장됨에 따라, 특수 기능 잉크를 배합 할 필요가 발생한다. 필요한 기능 잉크를 공식화하는 방법의 문제는 표면 및 콜로이드 과학에 근본적인 문제에 관한 : 집합에 대해 안정화 콜로이드 분산 입자하는 메커니즘은 무엇인가? 대체로, 안정화는 입자 (따라서 응집)의 근접 접근 중합체 얽힘 (입체적 안정화)의 엔트로피 패널티 의해 쿨롱 반발력 (정전 안정화)에 의해 어느 것이 방지되어, 또는 쿨롱의 조합에 의해 입자 표면의 변형을 필요 그리고 엔트로피 힘 (electrosteric 안정화) 2. 위해서는 이러한 메커니즘 중 하나를 달성안정화는 또한 중합체 또는 짧은 사슬 관능기의 부착을 통해 입자 표면 화학을 수정하는 것이 일반적으로 필요하다. 따라서, 안정된 잉크의 기능적 합리적 제제는 우리가 특정 화학 첨가제가 어떤 화학 그룹 입자 표면에 부착되어 입자 표면에 부착되어 있는지 여부를 알 것을 요구.
이 프로토콜에서 제시된 방법의 목적은 기능성 잉크의 입자 표면에 흡착 된 화학 종의 신속한 특성화를 입증하는 것이다. 이 목표는 크게 과학자 및 인쇄 세라믹, 금속 산화물, 금속 장치에 관심이 엔지니어의 범위에 의해 실행 활동에 표면 및 콜로이드 과학자에 대한 전문 작업에서 기능성 잉크 배합 전환으로 특히 중요하다. 이 목표를 달성하기 위해서는 불투명, 높은 고체 부하 분산을 특성화의 도전을 극복하는 실험을 설계해야합니다. 또한 채널 사이의 차별이 필요합니다분산에 존재하지만 실제로 흡착되는 것과 입자에 흡착되지 않습니다 emical 종. 그것은 또한 화학적으로 약하게 physisorbed되는 것과 입자에 흡착되어 그 종의 구별이 필요합니다. 이 실험 프로토콜에서, 우리는 기능성 잉크의 분산제 첨부 파일의 특성에 대한 확산 반사율 적외선 분광기의 사용을 제시한다. 확산 반사율 적외 분광 측정은 분산 단지 본 것과 흡착 종을 구별 할 필요가 미리 분석 시료 전처리 기술을 따른다.
다양한 방법은 현재의 화학 잉크 성분 및 콜로이드 분산 된 입자 사이의 상호 작용의 특성에 대한 통찰력을 얻기 위해 사용된다. 이러한 방법 중 일부는 속성이 표면 기능화와 상관 관계 추정된다 측정하는 간접적 인 프로브입니다. 예를 들어, 슬러리 또는 레올 침강 R의 변화ATES는 표면 개질제 3의 흡착과 상관 관계 것으로 추정된다. 입도 분포는 동적 광산란 (DLS) 및 제타 전위를 특징으로, 전기 영동 이동도를 특징으로, 표면 전하를 가진 중합체 또는 4,5- 종의 흡착에 대한 통찰력을 제공한다. 유사하게, 열 중량 분석 (TGA)에 의해 프로브로서 질량 손실을 샘플링 탈리 종의 존재 및 흡착 및 입자 (6) 사이의 상호 작용의 강도에 관한 것이다. 상술 한 간접 프로브로부터의 정보는 표면 화학 변화를 제시하지만, 그들은 흡착 종의 신원 또는 흡착기구에 직접 통찰력을 제공하지 않는다. 다이렉트 통찰력은 다수의 부품이 분산액에 존재하는 기능성 잉크에 특히 중요하다. 상세한 분자 레벨 정보, X 선 광전자 분광법 (XPS) 7 C 13 핵 자기를 제공한다공명 (NMR) 4, 6, 적외선 분광법 8-12 탐구하고있다. 이 세 가지 옵션 중 적외선 분광법은 특히 유망하다. 13 C NMR에 비해, 적외선 분광법은 잉크 (13)의 측정시 간섭을 방지하기 위해 분석적으로 순수한 용매로 제제화 될 것을 요구하지 않는다. X 선 광전자 분광법에 비해, 표준 적외선 스펙트럼을 측정시의 초고 진공 상태에 대한 필요성을 피하기 위해, 주위 압력에서 수행 될 수있다.
콜로이드 분산 세라믹, 금속 산화물 및 금속 나노 입자 사이의 상호 작용을 조사하는 적외 분광법의 사용에 대한 문헌의 전례가있다. 이 작품은 감쇠 총 반사율 적외선 (ATR-IR) (9)를 사용하여 현장에서 계면 화학을 측정하는 시도로 분리하고, 고체 시료 채취 (8)를 사용하여 계면 화학 EX의 현장 측정을 시도 할 수 있습니다. While은 현장 측정에서, 스펙트럼 조작의 필요성으로 인해 발생하는 불확실성이 용매 및 여러 중합체 성분이되는 다 성분 잉크하는 방법을 어렵게 장점이있다. 따라서,이 프로토콜은 고체 샘플링 및 전 현장 측정에 초점을 맞추고있다. 고체 샘플링 방법은 모두 고체 입자를 용매로부터 분리하여 수득되는 전처리 단계, 및 적외선 측정은 고체 입자에서 수행되는 분석 단계를 수반한다. 방법 간의 차이는 시료의 전처리의 선택 및 고체의 적외선 분석에 사용되는 실험 기법의 선택에 발생한다. 역사적으로, 고체를 분석하는 적외선 분광법을 사용하는 기존의 방법은 소량의 칼륨 브로마이드 (KBr) 분말과 고체 시료 (<1 %)를 분쇄 한 다음 고압 소결 혼합물 대상이었다. 결과는 투명을 KBr 펠렛이다. 이 홍보ocedure 코발트 나노 입자 7 지방산 단층과 폴리에틸렌 아민 (10)와 작용 화 지르코니아 나노 입자의 수성 현탁액으로부터 유도 분말 성공적 시도 및 Fe 3 O 4 나노 입자 (14)에 카테 콜 유래 분산제와 함께왔다. 분산제의 흡착 검출을 KBr 펠렛 화 기술의 적용이 성공적 불구 확산 반사율 적외선 분광법은 여러 장점을 제공한다. 하나의 장점은 시료 준비를 간소화한다. 을 KBr 펠렛 달리, 확산 반사율의 고체 시료는 단순히 손으로 분쇄 할 수있다. 자체 샘플 컵에 적재되고 확산 산란 외광을 측정에는 분말로서 소결 단계가 없다. 을 KBr 펠렛 위에 확산 반사율의 다른 장점은 표면 (15)의 감도 증가된다. 표면 민감성의 증가는 본원에 특히 유용하다 CRI에서광 케이블 (optical) 질문은 나노 입자 표면에 존재와 흡착의 특성이다.
콜로이드 분산 된 시료에 화학 종의 흡착을 프로빙 확산 반사율 샘플링 기법을 사용한 작업 중, 주요 차이는 액체 매질에서 나노 입자를 분리하는 방법에서 발생한다. 분리없이, 단순히 액체 매질에 용해 된 분산제 분산제 흡착 특별히 구별하는 것은 불가능하다 때문에이 공정은 매우 중요하다. 몇몇 예에서, 분리 방법은 실험 프로토콜 12,16,17에서 명확하지 않다. 지정된 경우, 가장 빈번히 실시 방법은 중력 분리를 수반한다. 이론적 근거는 세라믹, 금속 산화물 및 금속 나노 입자가보다 조밀 한 모든 주변 매체보다된다는 것이다. 들이 정착되면, 그들은 단지 구체적 흡착 종 그들 아래로 드래그한다. 화학 종은 부분과 상호 작용하지icles 용액에 남아 있습니다. 분산 쉽게 정상적인 중력 (18)에서 해결 수 있지만, 안정적인 잉크젯 잉크는 observably 년 미만의 기간을 통해 해결하지 않아야합니다. 이와 같이, 사전 분석에 대한 원심 분리를 이용하는 방법이 바람직하다. 이것은 유리 입자 (19, 20), 알루미나 8 분산제 바인더 흡착, CuO 등 (11)의 음이온 성 분산제의 작용에 분산제의 흡착의 여러 연구에서 증명되었다. 가장 최근에, 우리는 고체 산화물 연료 전지 (21)의 잉크젯 층 및 에어로졸 젯 인쇄에 사용되는 비 수계 NiO를 분산액 지방산 결합 메커니즘을 평가하는 데 사용 하였다.
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Protocol
1. 사전 분석 샘플 준비
- 잉크 전색제의 기능성 입자의 분리 : 원심
- 초기 잉크 제제에 기초하여, 많은 잉크 시료 입자 퇴적물 2.0 g의 최소값을 구하는 계산 방법에 필요하다. 잉크는 10 체적 %이고, 세라믹 예를 들어, 세라믹의 밀도는 잉크의 3.0 ㎖가 최소가 2.0 g의 침전물을 생성하는 데 필요한, 6.67 g / ㎤이다.
- 원심 분리 튜브에 피펫 적어도 최소한의 필요한 잉크 량. 원심 분리 튜브의 선택은 필요한 잉크의 양을 잉크 용매 튜브 재료의 비활성에 기초하여야한다.
- 원심 분리기에 튜브를 놓습니다. 원심 분리기의 회전 속도와의 선택은 잉크 입자를 침전하는데 필요한 중력에 의해 지시 될 것이다. TX-200 스윙 버킷 회 전자와 소발 (Sorvall) ST16 원심 분리기와 같은 표준 실험실 원심 분리기는 일반적으로 적절하다.
- 프로그램 원심 분리기는 회전 RA에서 잉크를 회전하는테와 시간이 필요 맑은 상층 액을 생성한다. 분 30 분 사이에 90 4,000 RPM - 여기에 사용되는 원심 분리기를 들어, 일반적인 속도와 시간은 3,000입니다. 올바른 회전 속도 및 시행 착오가 필요할 수 잉크를 침전하는데 필요한 시간에 도착하는 것은 동일한 평균 입자 크기에도 잉크는 다른 입도 분포를 가질 수 있기 때문이다.
- 후 분리 시료 처리 : 상층 액을 제거, 샘플 세척, 건조
- 맑은 상청액이 달성되면, 원심 분리기에서 원심 분리 튜브를 제거한다.
- 뜨는을 가만히 따르다 및 향후 분석을 위해 덮인 유리 샘플 유리 병에 저장합니다. 기능성 입자 해주기 원심 분리 튜브에 잔존한다.
- 경사 분리 후, 거꾸로 종이 타월에 상한선 원심 분리기 튜브를 배치하고 추가 상층 액을 1 분 동안 떨어질 수 있습니다.
- 종이 타월에서 튜브를 제거하고에 추가하여 침전 입자를 씻어튜브 잉크 제제에 사용 된 것과 동일한 조성의 신선한 용매의 약 2 mL로. 이 용매만을 원심 분리 관에서 침전 입자의 가장 상층 터치 것에주의. 가만히 따르다 용매. 린스 사이클을 세 번 반복합니다.
- 마지막 헹굼 후, 거꾸로 종이 타월에 상한선 원심 분리기 튜브를 배치하고 추가 용매가 약 5 분 동안 떨어질 수 있습니다.
- 깨끗하고 마른 시계 유리에 원심 분리기 튜브의 바닥에서 퇴적물을 제거하고 확산 얇은 금속 주걱을 사용합니다. 주걱 끝에서 초과 입자를 제거 보풀이없는 비 마모성 면봉이나 깨끗한 주걱의 팁을 사용합니다.
- 50 ° C의 오븐에 시계 접시를 놓고 입자가 24 시간 동안 건조 할 수 있습니다. 오븐의 온도는 흡착 종 분해의 가능성을 최소화하기 위해 상대적으로 낮게 유지되어야한다. 입자의 건조에 요구되는 시간은, 용매의 증기압에 따라 달라진다. 24 시간 전형적인이지만, 결과는 12 시간으로 짧고 삼주만큼 시간을 기다려야하는 것이 문자를 구분하지 않는다.
2. 확산 반사율 적외선 분광학 측정
- 적외선 분광계의 준비 : 액세서리를 정렬, 퍼지 실
- 적외선 분광계를 켭니다.
- , 확산 반사율 적외선 분광 측정을위한 준비 적외선 분광계 샘플링 실에 확산 반사 샘플링 액세서리를 배치합니다. 적외선 분광기는 푸리에 확산 반사율 샘플링 장치와 인터페이스 할 수있는 변환 적외선 분광기 일 수있다. 파이크 기술 EasiDiff 액세서리와 인터페이스 시마즈 IR 프레스티지 (21) 분석기는이 프로토콜을 위해 이용되었다. 대부분의 잉크 입자를 들어, 중수 소화 표준, L 알라닌 도핑 triglycine 설페이트 (DLaTGS) 검출기가 측정을위한 충분한 감도를 제공한다. 액체 질소가 수은 카드뮴 텔루 라이드 (MCT) D 냉각etector 열배 감도를 증가시키는 네 제공하지만, 이것은 일반적으로 잉크 입자 표면에 흡착 물을 식별하기위한 필요는 없다.
- 제조업체의 지침에 따라 확산 반사 샘플링 액세서리를 맞 춥니 다.
- 정렬 후, 적외선 샘플링 구획을 닫고 질소 또는 CO 2 - 무료, 건조 공기 (10 L / 분의 제거 속도)로 퍼지 시작합니다. 표준 파커 Balston FT-IR 퍼지 가스 발생기는 1 ppm 미만의 물 및 CO 2 공기를 제공한다. 안정적인 물 및 CO 2 프리 챔버를 얻을 필요 퍼지 시간은 샘플 구획 구성 및 실험실 습도에 의존 할 것이다. 필요한 퍼지 시간은 스펙트럼 1 또는 2 분 간격으로 촬영 한 배경을 비교하고, 시간의 함수로서 물의 농도 및 CO 2 밴드를 평가함으로써 실험적으로 결정될 수있다.
- 확산 반사율 적외선 분광 MEAS에 대한 샘플을 준비urement
- 다음 샘플 준비 액세서리를 얻 소형 (35mm) 마노 박격포와 유 봉, 작은 금속 주걱, 면도칼 블레이드, 2 개의 확산 반사율 적외선 샘플 컵. 아세톤, 에탄올로 청소 액세서리를 닦아, 그들을 50 ℃ 오븐에서 10 분간 건조 할 수 있습니다.
- 오븐에서 깨끗하고 건조한 샘플 준비 액세서리를 제거 큰 킴 와이프에 배치하고,이를 실온으로 냉각 할 수 있습니다.
- 샘플 준비 보조 냉각하는 동안 오븐에서 건조 잉크 입자를 제거하고, 입자 시료 0.025 g을 측정하는 분석 저울을 사용한다. 분석 저울에 앉아 샘플을 남겨주세요.
- 샘플 준비 액세서리로 돌아가서 마노 박격포에 KBr을 0.5 g을 붓는다. 항상 KBr을 적외선 응용 프로그램 판매 사용합니다. 그들은 앰블에 시간과 흡습성을 KBr의 노출을 최소화 할 무게 때문에 KBr을 (온도 과학)의 사전 측정 개별 0.5g을 패킷을 권장수증기를 NT. 균일 한 외관의 연속 수동 연삭 보통 1 분을 KBr을 갈기.
- 완전히 바닥을 KBr 분말 확산 반사율 적외선 샘플링 컵 중 하나를 입력합니다. 가볍게 유봉의 무딘 끝이 분말을 누르고, 최고 오프 KBr을 가진 샘플링 컵.
- 샘플 컵의 상단을 KBr 평탄화 면도날의 측면을 사용한다. 이 채워 평평 샘플 참조 또는 배경입니다.
- 어떤을 KBr이 박격포에 남아 폐기하고 깨끗이 닦아.
- KBr을 분말의 새로운 0.5 g의 패킷을 열고 (또는 KBr을 분말 0.5g을 추가) 및 박격포에 붓는다.
- 연속 수동 연삭 보통 1 분을 균일 한 분말을 형성하는 유봉으로 이전을 KBr의 0.5 g의 잉크 입자의 0.025 g의 무게 추가 갈기. KBr을 잉크 입자의 비율이 측정시 5 중량 %의 샘플을 제공한다. 이 규격 범위 내 (중 1 - 10 중량 %),하지만 O를 따라 업 또는 다운으로 조정될 수있다N 샘플의 흡수율 및 신호 강도.
- 입자 / KBr을 혼합 가득 샘플 컵을 만드는 단계 2.3.5과 2.3.6을 따르십시오.
- 적외선 분광 측정
- 홀더에 참조 및 샘플 컵을 놓고 확산 반사율 적외선 분광 샘플링 액세서리로 홀더를 배치합니다. 배경을 함유하는 컵이 (순수을 KBr) 재료는 적외 방사선에 노출 될 수 있도록 홀더를 배치.
- 적외선 샘플링 구획을 닫고 함은 5 분 동안 제거 할 수 있습니다. 이 퍼지 시간은 단계 2.2에서 필요하다고 결정된 시간의 양에 따라 조정될 수있다.
- 정화의 5 분 후, 관심의 영역에서 배경의 적외선 스펙트럼을 얻을 수 있습니다. 스캔의 수는 측정 시간을 최소화하면서 신호 대 잡음 비를 최대화하도록 설정되어야한다. 4cm -1 해상도에서 128 검사는 일반적으로 적절하다.
- backgroun에 후D 스캔 적외선 샘플 구획을 열고 이제 적외 방사선에 노출 될 수 있도록 입자 / KBr을이 혼합물을 함유 컵 이동이 완료된다.
- 반복 입자 / KBr을 혼합물의 스펙트럼을 얻기 위해 2.4.2와 2.4.3 단계를 반복합니다.
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Representative Results
이 프로토콜에 설명 된 실험 절차는 고체 산화물 연료 전지의 양극을 인쇄하는데 사용 된 잉크에 NiO를 입자 안정화의 메카니즘에 대한 통찰력을 얻기 위해 적용되어왔다. 이 잉크는 2- 부탄올, α- 테르 피네 올, 및 분산제와 바인더 (22)의 범위에 NiO를 입자의 분산이다. 대표 결과는 올레산 분산제 2 부탄올에 NiO를 단순화 분산을 위해 여기에 표시됩니다. 그림 1A, 우리는 원시 확산 반사율 적외선 분광 데이터를 표시합니다. 이 데이터를 해석하기 위해, 분산액 (도 1b) 전에 NiO를 입자의 스펙트럼 분산액으로부터 얻어진 NiO를 입자의 스펙트럼을 비교하고 산뜻한 분산제, 올레산 (도 1C)의 스펙트럼이 필요하다. 우리는 그림 1의 데이터 중 어느 것도 기본 공제 또는 수학적 변환을 시행하지 않았다 점에 유의. 따라서, 전혀 문제가 없다데이터 처리에서 발생 rtifacts. 분산이 NiO 분광 서명이 분산액을받지 않은 NiO로 다르기 때문에, 그 흡착 종 NiO로 / 2- 부탄올 / 올레산 분산액으로부터 얻어진 NiO로 상에 존재하는 것이 명백하다. 이 NiO를 올레산없이 2- 부탄올에 분산 될 때 이들 피크가 발생하지 않으므로, 피크는 올레산 잔기에서 온한다. NiO로에 흡착 깔끔한 올레산 (도 1C)과 올레산 잔기의 차이는 흡착기구에 대한 통찰력을 제공한다. CH 스트레치 지역 (~ 2,800cm -1 3,200cm에 -1) 방해받지 않기 때문에 흡착 / 입자 결합 상호 작용의 C = C 결합의 참여는 황당한입니다. 특히, 비닐 CH 스트레칭 흡착 깔끔한 올레산에 대해 동일한 위치에있다. 한편, 카르 복실 산 관능기에 대응하는 C = O 스트레칭 (1,708cm -1) 깔끔한 올레산 AC 용 강하고 존재ID,하지만 흡착 올레산 결석. 마찬가지로, 올레산 평면 OH 변형 모드 아웃 (γ (OH) ~ 940cm -1) NiO와 함께 분산에 사라진다. 보닐 신축 모드 및 OH 변형 모드의 소멸은, ν (COO) 피크의 출현에 의해 (1,547cm -1) 동반 η이 구성에서 모두 산소로 관통 NiO를 해당 올레산 결합을 제안 21 . 제안 η 2 종 (하나의 니켈 표면 센터를 통해 결합 모두 산소로)을 킬레이트 또는 (그림 2) (산소로 인접 니켈 센터를 통해 표면에 접착) 브리징 할 수있다. 이 옵션을 구별하는 것은 ν s의 (COO)과를 해결하는 능력을 필요로 ν (COO) 모드로는 기존 적외선 및 X 선 결정학 연구를 통해 설립되었습니다로 아세테이트 (23) 화합물.
확산 R적외 분광 데이터 eflectance하는 제제 (샘플 / KBr을 혼합하고을 KBr / 샘플 입경 효능)을 시료에 민감한 적외선 분광 소스 적절히 가온되는 범위이다. (3)는 U 자형베이스의 예를 제공한다,도 넓은 봉우리. 도 3의 스펙트럼 올레산 / NiO를 결합의 성질에 대해 유사한 성적 정보를 제공하지만, 피크 폭은 특별히 1,250cm 아래 영역에서 스펙트럼 특징의 해상도를 방해 -1 이상 3,000cm -1. 또한, U 자형 기준선 파수 규모의 양쪽 끝에 왜곡을 증가 스펙트럼 특징의 강도를 과장한다.
마지막 Kubelka 뭉크 방정식의 응용 프로그램을 통해 확산 반사율 적외선 분광 데이터의 변환은 산란 방사선의 세기를 정량적 농도에 관련 될 수있는 메커니즘을 제공한다
그림 1. 원시 적외선 분광 데이터. 확산 반사율 (C)와 비교하여, 홀로 (B) NiO로 입자에 비해 NiO로 / 올레산 / 2- 부탄올 분산액으로부터 얻어지는 (A) NiO를 입자에 대응하는 적외선 분광 데이터는 감쇄 총 반사율 infrare깔끔한 올레산으로부터 D 분광 데이터.
. NiO를 행 올레산 본딩이 가능한 구성도 2 η 가능한 구성을 포함한다 : (A) 킬레이트, 및 (B)를 브리징. 흡착이 옵션은 무기 복합체 (23)에서 관찰 전형적인 구조를 기반으로합니다. 결합 길이와 결합 각은 규모에 그려되지 않습니다.
도 3 원료 적외선 분광 데이터. NiO로 / 올레산 / 2- 부탄올 분산액으로부터 얻어진 NiO를 입자에 대응 적외선 분광 반사율 데이터 미만성. 빨간 추적은 U 자형을 보여D 기준 및 적외선 소스와 부적절한 혼합 및 샘플을 KBr 분말 연마의 최대 부적절한 따뜻한의 특징 증가 피크 폭. 이 도면에서 데이터를 들어, 프레스티지 시마즈 IR-21 기기의 IR 소스는 측정에 앞서 약 1 시간에 전원이 공급되었다. IR 소스는 측정에 앞서 열두 시간 이상 켤 때 시마즈 프레스티지 IR-21 기기를 들어, 개선 데이터는 일반적으로 얻었다. 이 도면에서 붉은 트레이스, 혼합 및 분쇄가 시료 입자의 크기가 1 분 미만 및 불균일성을 행 하였다 시각적 분명했다.
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Discussion
이 절차를 사용하여 고품질의 적외선 스펙트럼을 생성하기위한 두 가지 중요한 요소는 1) 수질 오염의 절대량과 샘플 및 기준 컵 사이의 수질 오염의 양의 차이를 최소화; 2) 균일 한 평면 레이어와 비슷한을 KBr 입자 크기와 샘플 및 참조 컵을 만드는. 이러한 요인은 모두 2.3 절에 설명 된 샘플 준비 절차에 특별한주의를 지불하여 달성된다.
순서 수질 오염의 전체적인 양을 최소화 기준 및 샘플에서 동일한 수질 오염을 유지하기 위해서는,이 흡습성을 KBr이 분위기의 수증기에 노출되는 시간의 양을 최소화하기 위해 상기 기준을 유지하는 것이 필요하며 KBr을 샘플 시간의 대략 같은 양의 대기에 노출. KBr을 샘플 혼합물 준비 중에 분위기에서 수증기에 노출되는 시간의 양을 최소화하도록KBr을 패킷이 개방 (또는 분말을 KBr 칭량) 전에 N, 잉크 입자 시료를 칭량한다. 또한, 적외선 샘플 구획은 깨끗하고 건조한 공기 (또는 질소 가스)의 연속 퍼지도록 물 흡착 측정시 발생에서 보관해야합니다. 샘플과 기준 컵 사이의 수질 오염의 차이를 최소화하기 위해 새로운 기준을 KBr 컵 만들고 새로운 샘플이 생성되고 측정 될 때마다 측정한다. 또한, KBr을 열고 KBr을 접지이다 참조 후 최소한의 지연으로 공기에 노출되어야한다 샘플 컵에 사용됩니다.
균일 한 평면 레이어와 비슷한을 KBr 입자 크기와 샘플 및 참조 컵을 만들려면 샘플은 같은 시간과 같은 활기로 분쇄한다. 기계적 분쇄 및 혼합 액세서리가 시판되고 있지만 연습으로, 수동 연삭은 매우 효과적이다. 적당한 분말이 달성되면, 샘플 및 기준 C상단 층이 평평하고 균일하게되도록 UPS는 포장해야합니다. 이렇게하는 한 가지 간단한 방법은, 가볍게 유 봉 분말을 누르면, 분말 컵을 채우기 추가 분말 컵을 위로하는 것입니다. 분말이 상부 층은 표면을 따라 면도날의 측면을 실행하여 평탄화된다. 생성되면, 샘플 및 기준 컵은 평탄면을 방해하지 않고 확산 반사율 장치로 반송되어야한다. 이 작업을 수행하려면, 모든 관리는 컵을 흔들하지 않도록주의해야합니다.
잉크 입자에 대한 확산 반사율 샘플링을 수행 할 때 발생하는 대부분의 일반적인 과제는 기준선 불균일 과도한 피크 폭 및 잡음비 신호가 불충분하다. 가장 빈번한 기준선 불균일 높고 낮은 파수 영역에서의 흡광도 증가를 과장 한 발음하는 U 자형이다. 이것은 부적절한 샘플 (24)을 혼합의 이슈가 될 수있다. 또한,이 infrar 그 나타낼 수있다분광계에서 에드 방사선 소스가 충분히 예열되지 않습니다. 다른 모드에서, 다른 적외선 샘플링에 비해, 확산 반사율 측정은 워밍업 시간을 분광계에 매우 민감 나타난다. 마찬가지로, 피크 폭은 바닥을 KBr의 입자 크기, 특히 제제를 샘플링 매우 민감하다. 큰 입자 크기는 폭 넓은 피크 (24)가 발생. 피크 폭은 원하는 분광 특성을 해결하기에 너무 큰 경우, 따라서 그것은을 KBr 딜러 전환 수동 연삭 시간을 연장, 또는 기계적 연마로 전환하는 것이 유용 할 수있다. 본 기술은 표면 흡착의 검출에 초점을 맞추고 있기 때문에, 노이즈 비율이 불충분 신호는 또한 때때로 발생된다. MCT-A 검출기를 사용할 경우 더욱 민감 MCT-A에 기본 DLaTGS 검출기로 전환하는 것이 유용 할 수있다. 신호 대 잡음 비는 또한 스캔의 수를 증가시키고, 스캔이 수행되는 동안 스펙트럼 영역을 감소시킴으로써 개선된다.
[1]
여기서 대 밀도 ρ는 p와 반경 R과 입자의 침강 속도이다. 유체의 밀도와 점도는 각각 F ρ 및 μ이며, 중력 가속도 g이고. 유기 안료 또는 고 g의 힘을 요구할 수있다 100nm 이하의 범위 내의 다른 탄소 계 물질, 따라서 높은 속도로 원심 분리하도록. 분리, 유기 안료 또는 기타 탄소 계 입자 때문에 적외 영역에서 탄소 강하고 광범위한 흡광도 측정하기 어려울 수있다하더라도. 실질적으로, 탄소 계 재료의 시료 농도를 감소 (즉, KBr을 가진 희석 늘리면) 때로는 흡착의 검출 가능성을 향상시킬 수 있지만, 신호는 여전히 낮은 경향이있다. 이 방법의 마지막 제한은 엑스 시츄 측정 점이다. 케어는 건조 공정 중에 흡착 된 종들이 분해되지 않으며 기능성 잉크 입자와 상호 작용을 크게 변경할 수 있도록주의해야한다. 이를 확인하기위한 한 가지 방법은 즉시 원심 분리 후 여전히 젖은 침전물을 소량의 약독 총 반사율 적외 분광법 (ATR-IR)을 수행하는 것이다.샘플 ATR 플레이트 상으로 건조 TR-IR 스펙트럼을 주기적으로 수집 될 수있다. 밴드 따라서 흡착 더한 시간의 함수로서, 용매의 양의 감소를 관찰 보여줄 것이다. 이 ATR-IR 실험을 통해 생성 흡착 대역 확산 반사율 측정 중에 발생 흡착 대역에 동의하면, 건조 공정이 크게 흡착 / 입자의 상호 작용의 특성을 변경하지 않는다는 증거가있다. 우리는 ATR-IR이 방식으로 수행하면서 따라서 수행 ATR-IR 측정은 시료가 용매를 증발시키기에 충분한 시간의 시간 동안 챔버 내에 남아있는 것이 필요하기 때문에 확산 반사율 측정이 바람직하고, 유용한 정보를 생성하는 점에 유의. 롱 실험 시간 동안 수집 된 데이터는 (구획이 적극적으로 깨끗하고, 건조 공기에 의해 제거되는 경우에도) 중요한 물 대역으로 고생 할 수있다. 확인 실험 역시 unse에 ATR-IR 실험을 사용하여 수행 될 수있다parated 잉크 9 있지만 적절한 기준선 감산 이러한 상황에서 비 단순이며 용액 physisorbed 중합체 및 중합체를 구별하는 것이 불가능할 수있다.
상술 한 확산 반사율 적외 분광 프로토콜은 흡착 및 세라믹, 금속 산화물 및 금속 잉크의 기능성 입자들 사이의 상호 작용의 특성에 대한 통찰력을 제공한다. 차례로,이 통찰력은 기능성 잉크의 합리적인 배합을 알릴 수 있습니다. 상업적 제조에 학술 연구에서 세라믹 인쇄, 금속 산화물 및 금속 소자 천이,이 확산 반사율 적외선 분광 기술 연구소 산업 제제에 유용 할 것이다. 대신 입자 / 흡착 상호 작용 (레올 로지, 입자 크기, 제타 전위)의 간접적 인 증거에 의존, 배합은 분자가 가장 효과적으로 결합하여 주어진 입자를 안정화있는 직접적인 증거가됩니다.
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Disclosures
저자가 공개하는 게 없다.
Acknowledgments
저자는 UES 하위 계약 # 1 S-932-19-MR002 아래에있는 공군 연구 실험실의 지원을 인정합니다. 저자는 또한 뉴욕 주 대학원 연구 및 교육 이니셔티브 (GRTI / GR15)에서 장비 지원을 인정합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| FTIR bench | Shimadzu Scientific Instruments | IR_Prestige 21 used in this work; in 2013 IR-Tracer 100 model replaced Prestige-21 | Any research grade FTIR with purgable sample compartment is acceptable |
| Purge gas generator for sample compartment | Parker Balston | 74-5041NA Lab Gas Generator | Provides air with less than 1 ppm CO2 and water; also possible to purge compartment with N2 tank |
| Diffuse Reflectance Infrared Accessory | Pike Technologies | 042-10XX | Includes sample preparation kit and mortar and pestle (these can also be purchased separately, described below) |
| Diffuse Reflectance Sample Preparation kit | Pike Technologies | 042-3040 | Includes sample holder cups, spatulas, alignment mirror, mirror brush, razor blades |
| Agate mortar and pestle | Pike Technologies | 161-5035 | |
| Centrifuge | ThermoScientific | Sorvall ST16 | Most benchtop centrifuges capable of ~5,000 rpm will be acceptable |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Consumables | |||
| Centrifuge tubes | Evergreen Scientific | 222-2470-G8K | Any centrifuge tube of compatible size and material is acceptable |
| KBr powder packets | ThermoScientific | 50-465-317 | Also possible to use alternative KBr supplier |
References
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