De evolutie van Silica nanodeeltjes-polyester Coatings op oppervlakken blootgesteld aan zonlicht

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Twee soorten oppervlakken, polyestergecoat staal en polyester bekleed met een laag van silica nanodeeltjes bestudeerd. Beide oppervlakken werden blootgesteld aan zonlicht en bleek aanzienlijke veranderingen in de chemie en nanoschaal topografie van het oppervlak veroorzaken.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Truong, V. K., Stefanovic, M., Maclaughlin, S., Tobin, M., Vongsvivut, J., Al Kobaisi, M., Crawford, R. J., Ivanova, E. P. The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight. J. Vis. Exp. (116), e54309, doi:10.3791/54309 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Corrosie van metalen oppervlakken is wijd verspreid is in het milieu en het is van groot belang in veel gebieden, met inbegrip van het leger, het vervoer, de luchtvaart, de bouw en voedingsmiddelenindustrie, onder andere. Polyester en coatings die zowel polyester en silica nanodeeltjes (NP SiO 2) zijn op grote schaal gebruikt op stalen substraten tegen corrosie. In deze studie hebben we gebruik gemaakt X-ray foto-elektron spectroscopie, verzwakte totale reflectie infrarood micro-spectroscopie, water contact hoek metingen, optische profilering en atomic force microscopy om inzicht te krijgen in hoe blootstelling aan zonlicht veranderingen in de micro- en nanoschaal integriteit kan leiden tot zorgen van de coatings. Geen significante verandering in oppervlakte-topografie micro gedetecteerd met optische profilometrie echter statistisch significante nanoschaal veranderingen in het oppervlak werden gedetecteerd met behulp van atomic force microscopie. Analyse van de röntgen foto-elektron spectroscopie en verzwakte totale reflectie infrarood micro-spectroscopie gegevens bleek dat afbraak van de estergroepen tot blootstelling aan ultraviolet licht was bedacht COO · -H 2 · C, -O ·, · -CO radicalen. Tijdens het afbraakproces werden CO en CO2 geproduceerd.

Protocol

1. Stalen Monsters

  1. Verkrijgen stalen monsters van 1 mm dikte van een commerciële leverancier.
    OPMERKING: Monsters werden bekleed met polyester of polyester bekleed met silica nanodeeltjes.
  2. Expose monsters aan zonlicht in Rockhampton, Queensland, Australië: het verzamelen van monsters na één jaar en vijf jaar met tussenpozen over een totale periode van 5 jaar. Snijd sample panelen tot ronde schijfjes van 1 cm diameter met behulp van perforator.
  3. Voorafgaand aan de karakterisering van het oppervlak, spoel monsters met tweemaal gedestilleerd water, en droog met behulp van stikstofgas (99,99%). Houd alle monsters in luchtdichte houders om de lucht verontreinigingen adsorberen aan het oppervlak (figuur 1) te voorkomen.

Figuur 1
Figuur 1. Bereiding van metalen schijven met polyester coating. Monsters werden in containers bewaard kunnen worden.OM / files / ftp_upload / 54309 / 54309fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Chemische en Fysicochemische karakterisering van oppervlakken

  1. Analyseer oppervlaktechemie met X-ray foto-elektron spectroscopie.
    1. Uitvoeren röntgenfotoelektronspectroscopie spectrometrie (XPS) met een monochromatische röntgenbron (Al Ka, hv = 1486,6 eV) werkende bij 150 W.
      OPMERKING: Spot grootte van gebruikte röntgenbundel is 400 urn in diameter.
    2. samples belasting op het monster plaat. Leg het monster plaat in vacuümkamer van XPS dan pomp de kamer. Wacht tot het vacuüm in de kamer bereikt ~ 1 x 10 -9 mbar.
    3. In de foto-elektron spectroscopie software, drukt u op de optie 'Flood Gun "om de monsters te overspoelen met lage-energie-elektronen aan de oppervlakte opladen tegen te gaan.
    4. Druk op "Invoegen"> "Point"> "Point" een analyse poin invoegent.
      LET OP: Dit zal een locatie waar analyse wordt uitgevoerd zijn. de auto-hoogte functie in te schakelen om de beste hoogte voor overname te verkrijgen.
    5. Druk op "Invoegen"> "Spectrum"> "Multi Spectrum" om scans toe te voegen aan dit punt.
      Opmerking: Dit zal een venster met een periodiek systeem te openen; Selecteer een element door erop te klikken om deze te markeren.
    6. Na het opzetten van de experimenten, drukt u op de commando "Play" om de scans te gaan.
    7. Druk op "Peak Fit" commando en druk op "Add Peak" en "Fit All Level" commando's om het chemisch verschillende soorten in de hoge-resolutie spectra te lossen.
      LET OP: Deze stap zal de Shirley algoritme te verwerven om de achtergrond en Gauss-Lorentz passend bij de spectra 19 deconvolute verwijderen.
    8. Selecteer alle high-resolution en enquête spectra. Druk optie 'Charge Shift "om spectra te corrigeren met behulp van de hydrocarbon component van het C 1s piek (bindingsenergie 285,0 eV) als referentie.
    9. Na correctie lading drukt optie "Export" naar de tabel van de relatieve atomaire concentratie van elementen op basis van de piekgebied genereren.
  2. oppervlaktechemie
    OPMERKING: Analyseer oppervlaktechemie via verzwakte totale reflectie infrarood micro-spectroscopie (ATR-IR) van de infrarood (IR) spectroscopie bundellijn bij de Australische Synchrotron als volgt:
    1. samples belasting op het podium van de microscoop. Open een "Start Video Assisted Measurement" of "Start meting zonder 3D" optie. Turn "VIS" mode op. Gebruik de doelstelling om zich te concentreren op het monster oppervlak. Druk op 'Snapshot / Overzicht "om de gewenste foto's te nemen.
      OPMERKING: 0,5 mm CaF2 plaat kan worden gebruikt als achtergrond.
    2. Verander de ATR doelstelling om het monster. bewegen het podium voorzichtig naar een 45 ° multi-reflectie ger plaatsenmanium kristal (brekingsindex van 4) 1-2 mm boven oppervlakken. Klik met de rechtermuisknop op het Live Video-venster. Druk op 'Start Measurement'> 'Change Grootheden ". Kies de optie 'Gebruik nooit bestaande BG voor alle posities ".
      LET OP: Deze zal kiezen achtergrond spectra niet te nemen voor elk meetpunt.
    3. Teken een kaart op video scherm om het gebied van belang te kiezen. Druk op een rode opening vierkant en kies "Aperture"> "Change Aperture". Wijzig de eigenlijke "Knife Edge Aperture" instellingen X = 20 pm en Y = 20 pm.
    4. Klik met de rechtermuisknop op het nieuwe formaat opening plein en ga naar "Aperture"> "Zet alle openingen geselecteerde Openingen". Druk icoon "Measurement" om de scan te starten. Sla de gegevens op.
      OPMERKING: De brekingsindex van Ge kristal 4, zodat een maaswijdte van 20 um x 20 urn zal de puntgrootte van 5 micrometer x 5 micrometer definiëren. This beslissing kan instellen FTIR met een maaswijdte van 20 20 pm, hetgeen overeenkomt met een 5 urn van 5 urn plek door het kristal over maximaal golfgetal bereik van 4,000-850 cm - 1.
    5. Open master file met behulp van spectroscopie software. Kies de piek van de rente op IR-spectra. Klik met de rechtermuisknop op de piek van belang. Kies "Integratie"> "integratie". Het zal het creëren van 2D valse kleuren kaarten
  3. Oppervlak bevochtigbaarheid metingen
    OPMERKING: Voer bevochtigbaarheid meting met behulp van een contact hoek goniometer uitgerust met een nanodispenser 19.
    1. Plaats het monster op het podium. Pas de positie van de micro-assemblage, zodat de onderkant van de naald verschijnt ongeveer een vierde van een weg naar beneden in de Live-videovenster scherm.
    2. Hef het analysemateriaal op z-as naar de afstand tussen het monster en het oppervlak is ongeveer 5 mm. Beweeg de spuit omlaag totdat een druppel double gedestilleerd water het oppervlak raakt. Beweeg de spuit naar zijn oorspronkelijke positie.
    3. Druk op de opdracht "Run" om de waterdruppel van invloed is op het oppervlak voor een 20 sec periode met behulp van een monochrome CCD-camera die is geïntegreerd met de hardware op te nemen.
    4. Druk op het commando "Stop" om de reeks beelden te verwerven.
    5. Druk op "Contact Angle" commando om contact hoeken van verkregen beelden te meten. Herhaal de contacthoek metingen op drie willekeurige locaties voor elk monster.

3. Visualisatie van de Surface Topografie

  1. Optische profilering meting.
    NB: Het instrument wordt geëxploiteerd onder het witte licht verticale scanning interferometrie mode.
    1. Leg monsters op het podium van de microscoop.
      LET OP: Zorg dat er voldoende tussenruimte (bijvoorbeeld> 15 mm) tussen objectief en het podium.
    2. Focus op het oppervlak met behulp van de5 × doelstellingen door het beheersen van z-as tot de rand op het scherm verschijnen. Druk op commando "Auto" om de intensiteit te optimaliseren. Druk op "Meting" commando om het scannen te starten. Sla de master-bestanden.
    3. Herhaal de stap 3.1.2 voor 20 × en 50 × doelstellingen.
    4. Voorafgaand aan statistische analyses ruwheid, drukt u op "Remove Tilt" optie om de oppervlakte golving verwijderen. Druk optie 'Contour "om de ruwheid parameters te analyseren. Klik op de optie '3Di "drie-dimensionale beelden van de optische profilering bestanden via compatibele software 20 te genereren.
  2. Atomic force microscopy
    1. Leg monsters op stalen schijven. Plaats de stalen schijven in de magnetische houder.
    2. Voer AFM scans in te tikken modus 21. Mechanisch lading fosfor gedoteerd silicium sondes met een veerconstante van 0,9 N / m, tip kromming met een straal van 8 nm en een resonantiefrequentie van -20 kHz voor beeldvorming aan het oppervlak.
    3. <li> handmatig aanpassen van de laser reflectie op de cantilever. Kies opdracht "Auto Tune" en druk op commando "Tune" om af te stemmen de AFM cantilever de optimale resonantiefrequentie door de fabrikant gemeld te bereiken.
    4. Focus op het oppervlak. Verplaats de tips in de buurt van het monster oppervlak. Klik op Engage commando om AFM tips op oppervlakken grijpen.
    5. Typ "1 Hz" in scansnelheid doos. Kies het scannen gebieden. Druk op "Run" commando om de scan uit te voeren. Herhaal het scannen ten minste tien delen van elk van de vijf monsters per conditie.
    6. Kies de nivellering mogelijkheid om de verkregen topografische verwerken. Sla de master-bestanden.
    7. Open de AFM compatibele software. Laad de AFM master file. Druk op "Leveling" commando om het kantelen van oppervlakken te verwijderen. Druk op "Verzachten" commando om de achtergrond te verwijderen.
    8. Druk op "statistische parameters Analysis" om de statistische ruwheid 21 te genereren.

    4. Statistische analyse

    1. Het resultaat wordt uitgedrukt in termen van de gemiddelde waarde en de standaardafwijking. Voer statistische verwerking van gegevens met behulp van tweezijdige t- proeven gepaarde Student's om de consistentie van de resultaten te evalueren. Stel p-waarde op <0,05 aangeeft niveau van statistische significantie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Gecoate monsters die blootgesteld waren aan blootstelling aan het zonlicht een of vijf jaar werden verzameld en water contacthoekmetingen werden uitgevoerd om te bepalen of de blootstelling had geleid tot een wijziging in het oppervlak hydrofobiciteit van het oppervlak (Figuur 2 ).

Figuur 2
Figuur 2. bevochtigbaarheid variatie van oppervlakken met polyester of silica nanodeeltjes / polyester coating (silica / polyester) over vijf jaren van blootstelling aan zonlicht (A) goniometrische beelden die de waterdruppel voor het meten van het evenwicht contacthoek van het oppervlak.; (B) water contacthoek als functie van de blootstellingstijd (* aangeeft p <0,05, vergeleken de overeenkomstige controle (jaar 0)). Gegevens stellen gemiddelden ± standaardafwijking.ource.jove.com/files/ftp_upload/54309/54309fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Gevonden werd dat bevochtigbaarheid van de polyestergecoat substraat was niet ten gevolge van de blootstelling aan zonlicht echter veranderd de silica nanodeeltjes / polyester beklede monsters na een jaar blootstelling bleken 1,3 keer groter in hydrofobiciteit is dan de onbelicht monsters. Verdere analyse van deze monsters werd uitgevoerd met XPS en FTIR-ATR. Een voordeel van XPS is dat deze techniek kan de elementaire samenstelling van een oppervlak te bepalen op een diepte van ongeveer 10 nm onder het oppervlak. Gevonden werd dat het Si-gehalte op deze diepte van ongeveer 2% in de blootstellingsperiode 5 jaar gestegen tot 15%. Deze toename kan worden toegeschreven aan de adsorptie van luchtverontreiniging. De XPS-spectra bleek dat ijzer (Fe) werd gedetecteerd op de polyestergecoat een substraatN a een en vijf jaar blootstelling (figuur 3) en dat er een lichte afname van het koolstofgehalte van de polyester-beklede monsters na een belichtingstijd van 5 jaren. Geen significante verandering gevonden in het silicium (Si), ijzer (Fe) en koolstof (C) niveaus in de silica nanodeeltjes / polyester-beklede substraten. XPS echter niet toestaan ​​de specifieke functionaliteit van het polymeer coatings te bepalen. Als resultaat werd Synchrotron-source ATR-IR toegepast om de veranderingen in chemische functionaliteit op een diepte van 10 urn voor de monsters die waren blootgesteld aan zonlicht te bepalen, met name de veranderingen die het aantal carbonylgroepen had. Gevonden werd dat het aantal carbonylgroepen verminderde zowel de polyester en silica nanodeeltjes / polyester-beklede monsters na vijf jaar blootstelling.

figuur 3
Figuur 3. Elemental samenstelling variatie van polyester (PE) en silica nanodeeltjes / polyester coating (PE + SiO 2) meer dan vijf jaar bloot aan zonlicht, zoals bepaald met behulp van XPS. (A) Vertegenwoordiger XPS breed spectrum en een hoge resolutie spectra van O 1s, C 1s en Si 2p van polyester coating vóór en na blootstelling. (B) De concentratie van de drie elementen (Si, Fe en C) (atomaire fractie) werd gemeten als functie van de tijd van blootstelling aan veranderingen in de samenstelling van de oppervlaktelaag onder hoge niveaus van zonlicht onder vochtige omstandigheden te bepalen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4. Representatieve ATR-FTIR-spectra voor het meten van veranderingen in de carbonylgroepen op het staaloppervlak coatings na drie jaar milionmental blootstelling. Veranderingen in de verdeling van de carbonylgroepen het gevolg van het ultraviolette licht-geïnduceerde afbraak van estergroepen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Optische profilering en atomic force microscopy werden verder gebruikt om het oppervlak topografie van de ondergrond op micro- en nano-schaal te onderzoeken. Microschaal topografische evolutie van de polyester en silica nanodeeltjes / polyester beklede monsters is weergegeven in figuur 5. Men kan zien dat de oppervlakken van beide lagen werd ruwer dan de oorspronkelijke substraat, na één jaar blootstelling, maar deze toename werd niet gevonden statistisch significant (p> 0,05) te zijn.

figuur 5
Figuur 5. Micro grootschalige topografische veranderingen in de polyester en silica nanodeeltjes / polyester coating op staal over een periode van blootstelling van vijf jaar. (A) Vertegenwoordiger optische profilering beelden van staal coatings voor en na blootstelling. (B) grafiek die een verhoging van de gemiddelde ruwheid van beide coatings als functie van de tijd van blootstelling aan het milieu (* aangeeft p <0,05, vergeleken met de overeenkomstige controle (jaar 0)). Gegevens stellen gemiddelden ± standaardafwijking. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Verdere analyse van de ondergrond benadrukt dat nanoschaal oppervlaktetopografie significant werd gewijzigd als gevolg van de blootstelling aan ultraviolet licht (figuren 6, 7 en 8). De originele silica nanodeeltjes / polyester coatingwaren glad op nanometerschaal echter na blootstelling, beide coatings bleken bolvormige structuren te hebben gevormd. Na vijf jaar blootstelling werden de oppervlakken bleek een significant hogere gemiddelde ruwheid vertonen dan het oorspronkelijke substraat, variërend 40-47 nm (p <0,05).

figuur 6
Figuur 6. nanoschaal topografische veranderingen voor polyester coatings op staal over een periode van blootstelling van vijf jaar. Vertegenwoordiger atomic force microfoto en de bijbehorende oppervlak profiel, aandacht voor de topografische veranderingen van het polymeer coating. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 7
Figuur 7. nanoschaal topografische veranderingen voor silica nanopa Artikel / polyester coating over een periode van blootstelling van vijf jaar. Vertegenwoordiger atomic force microfoto en de bijbehorende oppervlak profiel, aandacht voor de topografische veranderingen van het polymeer coating, ondanks de aanwezigheid van de silica bescherming nanodeeltje laag. Klik hier om een grotere versie te bekijken dit figuur.

Figuur 8
Figuur 8. Gemiddelde nanoschaal oppervlakteruwheid van polyester en silica nanodeeltjes / polyester bekledingen op staal als functie van de belichtingstijd. De gemiddelde ruwheid van de deklagen sterk toeneemt met de tijd van blootstelling (* aangeeft p <0,05, vergeleken met de overeenkomstige controle ( jaar 0)). Gegevens stellen gemiddelden ± standaardafwijking.target = "_ blank"> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Polyester bekledingen zijn op grote schaal gebruikt om stalen substraat tegen corrosie die zou optreden op een onbekleed oppervlak door de ophoping van vocht en verontreinigingen. De toepassing van polyester coating kan het staal te beschermen tegen corrosie; De doeltreffendheid van deze coatings langere termijn in het gedrang als ze worden blootgesteld aan hoge niveaus van ultraviolet licht onder vochtige omstandigheden, zoals bij tropische klimaten. Silica nanodeeltjes kunnen worden aangebracht op het oppervlak van de polyester om de robuustheid van deze bekledingen in deze omgevingen, maar de invloed van omgevingsfactoren op deze silica bevattende bekledingsmaterialen verbeterd was tot nu toe onbekend, met name wat betreft de in de micro- - en nanoschaal oppervlakte topografie.

In veel gevallen kan de bevochtigbaarheid van een substraat oppervlak een indicatie te geven over de vraag of elk oppervlak degradatie heeft plaatsgevonden. Contacthoekmetingen echtergeven geen details met betrekking tot de fysische en chemische structurele veranderingen die kunnen hebben plaatsgevonden op een oppervlak (figuur 2). XPS en FTIR-ATR zijn technieken waarmee veranderingen van het koolstofgehalte en de carbonyl (C = O) -functionaliteit verdeling te bepalen.

De aldus verkregen studieresultaten suggereren dat blootstelling aan zonlicht dat de afbraak van polyester coatings. Een voorgesteld mechanisme voor deze afbraak wordt in figuur 9 22,23. Ester groepen kunnen radicaal worden afgebroken door middel van blootstelling aan ultraviolet licht tot radicale -COO vormen ·, H 2 C ·, -O ·, -CO ·. Tijdens het afbraakproces, CO en CO2 geproduceerd worden.

figuur 9
Figuur 9. Voorgestelde ultraviolet licht gekatalyseerde afbraak van polyester. Onder blootstelling aan zonlicht, de estergroepen aanwezig op de polyestergevormde radicalen om stabiele alcohol, aldehyde, carbonzuurgroepen met de afschaffing van koolmonoxide en kooldioxide. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Naast de chemische afbraak van de coating, werden veranderingen in de oppervlakte topografie van de deklagen geobserveerd, maar alleen op nanoschaal. In eerdere studies, werd bestraling met ultraviolet licht ook gemeld aanzienlijk hebben veranderd het oppervlak nanoschaal topografie van polymeer oppervlakken 24-26. Hier werd vastgesteld dat de oppervlakte topologie was veranderd door de vorming van bolvormige structuren op nanoschaal (figuren 6 en 7).

XPS u een inzicht in de veranderingen in het oppervlak van de chemie op het niveau van een deel per miljoen te verstrekken. Vanwege de hoge gevoeligheid van de techniek monstercontaminatiekan gemakkelijk worden gedetecteerd en kan leiden tot vertekende resultaten. De belangrijkste stap in de voorbereiding van de monsters voor XPS-analyse is dat de monsters niet outgas of deeltjes die het vacuümsysteem van het instrument kunnen beschadigen. Om dit te voorkomen, moeten de monsters worden gereinigd met behulp van stikstofgas en ontgast vóór de meting. Deze techniek enkel de algemene chemie van het oppervlak in enige honderden micrometers, en laat alleen de oppervlaktechemie tot een diepte van ~ 10 nm. De resulterende hoge resolutie spectra laten de verschillende chemische species die bestaan ​​op oppervlakken te bepalen. XPS is een belangrijk instrument voor het onderzoek naar chemische modificaties van het oppervlak die zich kunnen voordoen. Een andere techniek voor XPS energie-dispersieve röntgenspectroscopie (EDX) 27.

ATR-IR microscopie moet een goed contact tussen het ATR kristal en het oppervlak wordt geanalyseerd door de kleine extension van de uitdovende golf die optreedt buiten het kristal. ATR-IR microscopie lost ruimtelijk de moleculaire en structurele samenstelling van oppervlakken. Verontreiniging van de ATR kristal kan ook leiden tot een lage signaal of vertekende resultaten te behalen. Voorafgaand aan een experiment, is het belangrijk om het kristal met zuivere isopropanol te reinigen zodat kruisbesmetting optreedt. Ook moet de brekingsindex van het ATR kristal aanzienlijk hoger dan die van het monster. Infrarood (IR) spectroscopie met de ATR methode kan worden toegepast op de chemische of biologische systemen die kunnen worden geanalyseerd met de transmissiemethode. ATR-IR is op grote schaal gebruikt om de ontwikkeling van eukaryote cellen te monitoren. Raman micro-spectroscopie is een alternatieve methode waarbij de chemische heterogeniteit van het oppervlak kan worden bepaald 28.

Watercontacthoek goniometrie is een techniek op basis van de vergelijking Young, bepaald de hydrofobiciteit van een vaste sjouw gezicht. Bij gebruik van deze techniek moeten de monsters geschikt worden opgeslagen, zodat adsorptie van elke contaminant kan worden vermeden. Een beperking van deze techniek is dat het is beperkt tot vlakke oppervlakken. Indien dit niet het geval is, de kromming van vloeistof / vaste stof / lucht interface vervormd en ongedefinieerd. Deze techniek wordt veel gebruikt om chemische verandering die heeft plaatsgevonden op een oppervlak aan te geven en om de aanwezigheid van hydrofobe en hydrofiele functionaliteit bepalen. De Wilhelmy plaat methode is een alternatief (maar minder eenvoudig uit te voeren) techniek voor het schatten van de mate van oppervlakte bevochtigbaarheid 29.

Optische oppervlakteprofilering zorgt voor een niet-destructieve en contactloze meettechniek. De meest kritische fase van deze techniek vereist dat gebruikers metingen bij de kleinste vergroting beginnen om het brandvlak definiëren en contact tussen de objectieflens en het monsteroppervlak voorkomen. Optische profilering laat alleen de visualisatie vanhet oppervlak topografie op microschaal. Atomic force microscopie heeft de mogelijkheid om de topografie van een oppervlak van de nano- tot moleculaire schaal onderzocht. De bediening van de AFM vereist specifieke vaardigheden en een grotere tijd voor analyse in vergelijking met optische profilering. De huidige studie geeft een uitstekend voorbeeld waar de AFM was in staat om veranderingen in de oppervlakte topografie dat niet evident waren met optische profilering te sporen. Alternatieve technieken optische profilering en AFM stylus profilering en scanning elektronenmicroscopie, die ook de kwantificering van oppervlak architectuur 27,30 kunnen bieden.

Een reeks deze karakterisatie technieken kunnen worden gebruikt om de chemische en topografische eigenschappen van polymeer en metalen oppervlakken te onderzoeken. Optische profilering en atomic force microscopie kan gebruikt worden om veranderingen in het oppervlak micro- en nano-schaal topografie onderzoeken. Surface chemische karakterisatie technieken, waaronder IR-microscopie en X-ray photoelectron spectroscopie kan worden toegepast om zijwaarts gaan de oppervlaktechemie homogeniteit.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
polyester-coated steel
silica nanoparticle-polyester coated steel substrata
BlueScope Steel Samples provided by company
Millipore PetriSlideTM  Fisher Scientific PDMA04700 Storing samples
Thermo ScientificTM K-alpha
X-ray Photoelectron Spectrometer
Thermo Fisher Scientific, Inc. IQLAADGAAFFACVMAHV Acquire XPS spectra
Avantage Data System Thermo Fisher Scientific, Inc. IQLAADGACKFAKRMAVI Analyse XPS spectra
A Bruker Hyperion 2000 microscope  Bruker Corporation Synchrotron integrated instrument
Bruker Opus v. 7.2 Bruker Corporation ATR-IR analysis software
Contact angle goniometer, FTA1000c First Ten Ångstroms Inc., VA, USA Measuring the wettability of surfaces
FTA v. 2.0 First Ten Ångstroms Inc., VA, USA Anaylyzing water contact angle
Optical profiler, Wyko NT1100  Bruker Corporation Measure surface topography
Innova atomic force microscope  Bruker Corporation Measure surface topography
Phosphorus doped silicon probes, MPP-31120-10 Bruker Corporation AFM probes
Gwyddion software http://gwyddion.net/ Software used to measure optical profiling and AFM data

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fathima Sabirneeza, A. A., Geethanjali, R., Subhashini, S. Polymeric corrosion inhibitors for iron and its alloys: A review. Chem. Eng. Commun. 202, (2), 232-244 (2015).
  2. Gupta, R. K., Birbilis, N. The influence of nanocrystalline structure and processing route on corrosion of stainless steel: A review. Corros. Sci. 92, 1-15 (2015).
  3. Lee, H. S., Ismail, M. A., Choe, H. B. Arc thermal metal spray for the protection of steel structures: An overview. Corros. Rev. 33, (1-2), 31-61 (2015).
  4. Moore, G. Corrosion challenges - urban water industry. The Australasian Corrosion Association Inc. (2010).
  5. Hays, G. F. World Corrosion Organization. (2013).
  6. Koch, G. H., Brongers, M. P. H., Thompson, N. G., Virmani, P. Y., Payer, J. H. Corrosion cost and preventive strategies in the United States. CC Technologies Laboratories, Incorporated; NACE International; Federal Highway Administration, NACE International. (2002).
  7. Pojtanabuntoeng, T., Singer, M., Nesic, S. Corrosion 2011. Houston, TX. (2011).
  8. Jas̈niok, T., Jas̈niok, M. 7th Scientific-Technical Conference on Material Problems in Civil Engineering, MATBUD 2015. Tracz, T., Hager, I. Elsevier Ltd. 316-323 (2015).
  9. Cambier, S. M., Posner, R., Frankel, G. S. Coating and interface degradation of coated steel, Part 1: Field exposure. Electrochim. Acta. 133, 30-39 (2014).
  10. Barletta, M., Gisario, A., Puopolo, M., Vesco, S. Scratch, wear and corrosion resistant organic inorganic hybrid materials for metals protection and barrier. Mater. Des. 69, 130-140 (2015).
  11. Fu, J., et al. Experimental and theoretical study on the inhibition performances of quinoxaline and its derivatives for the corrosion of mild steel in hydrochloric acid. Ind. Eng. Chem. Res. 51, (18), 6377-6386 (2012).
  12. Hattori, M., Nishikata, A., Tsuru, T. EIS study on degradation of polymer-coated steel under ultraviolet radiation. Corros. Sci. 52, (6), 2080-2087 (2010).
  13. Yang, X. F., et al. Weathering degradation of a polyurethane coating. Polym. Degrad. Stab. 74, (2), 341-351 (2001).
  14. Armstrong, R. D., Jenkins, A. T. A., Johnson, B. W. An investigation into the uv breakdown of thermoset polyester coatings using impedance spectroscopy. Corros. Sci. 37, (10), 1615-1625 (1995).
  15. Zhou, W., Liu, M., Chen, N., Sun, X. Corrosion properties of sol-gel silica coatings on phosphated carbon steel in sodium chloride solution. J. Sol. Gel. Sci. Technol. 76, (2), 358-371 (2015).
  16. Hollamby, M. J., et al. Hybrid polyester coating incorporating functionalized mesoporous carriers for the holistic protection of steel surfaces. Adv. Mater. 23, (11), 1361-1365 (2011).
  17. Borisova, D., Möhwald, H., Shchukin, D. G. Mesoporous silica nanoparticles for active corrosion protection. ACS Nano. 5, (3), 1939-1946 (2011).
  18. Wang, M., Liu, M., Fu, J. An intelligent anticorrosion coating based on pH-responsive smart nanocontainers fabricated via a facile method for protection of carbon steel. J. Mater. Chem. A. 3, (12), 6423-6431 (2015).
  19. Truong, V. K., et al. The influence of nano-scale surface roughness on bacterial adhesion to ultrafine-grained titanium. Biomaterials. 31, (13), 3674-3683 (2010).
  20. Nečas, D., Klapetek, P. Gwyddion: An open-source software for SPM data analysis. Cent. Eur. J. Phys. 10, (1), 181-188 (2012).
  21. Crawford, R. J., Webb, H. K., Truong, V. K., Hasan, J., Ivanova, E. P. Surface topographical factors influencing bacterial attachment. Adv. Colloid Interface Sci. 179-182, 142-149 (2012).
  22. Allen, N. S., Edge, M., Mohammadian, M., Jones, K. Physicochemical aspects of the environmental degradation of poly(ethylene terephthalate). Polym. Degrad. Stab. 43, (2), 229-237 (1994).
  23. Newman, C. R., Forciniti, D. Modeling the ultraviolet photodegradation of rigid polyurethane foams. Ind. Eng. Chem. Res. 40, (15), 3346-3352 (2001).
  24. Ivanova, E. P., et al. Vibrio fischeri and Escherichia coli adhesion tendencies towards photolithographically modified nanosmooth poly (tert-butyl methacrylate) polymer surfaces. Nanotechnol. Sci. Appl. 1, 33-44 (2008).
  25. Biggs, S., Lukey, C. A., Spinks, G. M., Yau, S. T. An atomic force microscopy study of weathering of polyester/melamine paint surfaces. Prog. Org. Coat. 42, (1-2), 49-58 (2001).
  26. Signor, A. W., VanLandingham, M. R., Chin, J. W. Effects of ultraviolet radiation exposure on vinyl ester resins: Characterization of chemical, physical and mechanical damage. Polym. Degrad. Stab. 79, (2), 359-368 (2003).
  27. Wang, H., et al. Corrosion-resistance, robust and wear-durable highly amphiphobic polymer based composite coating via a simple spraying approach. Prog. Org. Coat. 82, 74-80 (2015).
  28. Liszka, B. M., Lenferink, A. T. M., Witkamp, G. J., Otto, C. Raman micro-spectroscopy for quantitative thickness measurement of nanometer thin polymer films. J. Raman Spectrosc. 46, (12), 1230-1234 (2015).
  29. Alghunaim, A., Kirdponpattara, S., Newby, B. M. Z. Techniques for determining contact angle and wettability of powders. Powder Technol. 287, 201-215 (2016).
  30. Treviño, M., et al. Erosive wear of plasma electrolytic oxidation layers on aluminium alloy 6061. Wear. 301, (1-2), 434-441 (2013).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics