Espectroscopia Raman de Polímeros – webinar
Esta tesis se centra en la aplicación de la espectroscopia Raman para la caracterización de películas delgadas de polímeros. El capítulo 1 proporciona información de fondo y motivación, incluyendo los fundamentos de la espectroscopia Raman para el análisis químico, la dispersión Raman de ángulo de barrido y la dispersión Raman de ángulo de barrido para aplicaciones en la caracterización de películas delgadas de polímeros. El capítulo 2 representa un manuscrito publicado que se centra en la aplicación de la espectroscopia Raman de ángulo de barrido para el análisis de películas delgadas submicrónicas con una descripción de la metodología para medir el espesor de la película y la ubicación de una interfaz entre dos capas de polímero. El capítulo 3 proporciona una perspectiva y direcciones futuras para el trabajo esbozado en esta tesis. El Apéndice A contiene un manuscrito publicado que describe el uso de la espectroscopia Raman para ayudar en la síntesis de sistemas catalíticos heterogéneos. Los apéndices B y C contienen manuscritos publicados que establecen una base para el trabajo presentado en el capítulo 2.
abstractNote = {El enfoque de esta tesis es la aplicación de la espectroscopia Raman para la caracterización de películas delgadas de polímeros. El capítulo 1 proporciona información de fondo y motivación, incluyendo los fundamentos de la espectroscopia Raman para el análisis químico, la dispersión Raman de ángulo de barrido y la dispersión Raman de ángulo de barrido para aplicaciones en la caracterización de películas poliméricas delgadas. El capítulo 2 representa un manuscrito publicado que se centra en la aplicación de la espectroscopia Raman de ángulo de barrido para el análisis de películas delgadas submicrónicas con una descripción de la metodología para medir el espesor de la película y la ubicación de una interfaz entre dos capas de polímero. El capítulo 3 proporciona una perspectiva y direcciones futuras para el trabajo esbozado en esta tesis. El Apéndice A contiene un manuscrito publicado que describe el uso de la espectroscopia Raman para ayudar en la síntesis de sistemas catalíticos heterogéneos. Los apéndices B y C contienen manuscritos publicados que sientan las bases del trabajo presentado en el capítulo 2.},
2: ¿qué información podemos obtener de la espectroscopia raman?
Información proporcionada por la espectroscopia RamanFig. 3: Espectros Raman de etanol y metanol, que muestran las diferencias espectrales significativas que permiten distinguir los dos líquidos.La espectroscopia Raman sondea la estructura química de un material y proporciona información sobre:Normalmente, un espectro Raman es una huella química distinta para una molécula o material concreto, y puede utilizarse para identificar muy rápidamente el material, o distinguirlo de otros. Las bibliotecas de espectros Raman se utilizan a menudo para identificar un material basándose en su espectro Raman: se buscan rápidamente bibliotecas con miles de espectros para encontrar una coincidencia con el espectro del analito.
Fig. 4: Distribución de mineralesEn combinación con los sistemas Raman de mapeo (o imagen), es posible generar imágenes basadas en el espectro Raman de la muestra. Estas imágenes muestran la distribución de los componentes químicos individuales, los polimorfos y las fases, así como la variación de la cristalinidad.
La espectroscopia Raman es tanto cualitativa como cuantitativa: el perfil general del espectro (posición de los picos e intensidad relativa de los mismos) proporciona una huella química única que puede utilizarse para identificar un material y distinguirlo de otros. A menudo, el espectro real es bastante complejo, por lo que se pueden buscar bibliotecas espectrales Raman completas para encontrar una coincidencia, y así proporcionar una identificación química.La intensidad de un espectro es directamente proporcional a la concentración. Normalmente, se utiliza un procedimiento de calibración para determinar la relación entre la intensidad del pico y la concentración, y luego se pueden realizar mediciones de rutina para analizar la concentración. En el caso de las mezclas, las intensidades de pico relativas proporcionan información sobre la concentración relativa de los componentes, mientras que las intensidades de pico absolutas pueden utilizarse para obtener información sobre la concentración absoluta.
Introducción a las aplicaciones de la espectroscopia Raman explicada
Los polímeros semicristalinos, como el polietileno, constituyen el mayor grupo de plásticos producidos comercialmente. El calentamiento y enfriamiento entre transiciones de fase se utiliza en la industria para dar forma a estos polímeros en su producto final. Una transición de fase se produce cuando una sustancia pasa a un estado diferente, por ejemplo, de sólido a líquido.
Los polímeros pueden clasificarse como amorfos o cristalinos. Los polímeros cristalinos están muy ordenados, lo que les proporciona resistencia y rigidez, mientras que en los polímeros amorfos las moléculas están ordenadas de forma aleatoria, lo que les confiere flexibilidad y elasticidad. Dos transiciones que pueden atravesar los polímeros, estudiadas en esta nota de aplicación, son la transición de fusión y la transición vítrea. La transición de fusión se refiere al cambio de sólido a líquido, y sólo se observa en los polímeros cristalinos. La transición vítrea se produce en los polímeros amorfos y es gradual y reversible. Una muestra amorfa pasaría de un estado duro “vítreo” a un estado gomoso o viscoso. Los polímeros suelen ser una mezcla de ambos, denominados semicristalinos, y pueden tener tanto una transición vítrea como de fusión.
Raman
La dispersión Raman potenciada en superficie para la interfaz polímero/metal y para la superficie de la película de polímero se realizó sobre plata o cobre grabados con ácido nítrico y mediante plata coloidal depositada químicamente, respectivamente. Las mediciones SERS para las muestras de interés actual, como la interfaz polímero/metal, la fibra de diámetro nanométrico y la película de cristal líquido, se realizaron con éxito sin alterar la morfología de la superficie. Los resultados de este trabajo demuestran que nuestras técnicas de muestreo SERS son especialmente eficaces.
El descubrimiento de la dispersión Raman mejorada en superficie (SERS) es probablemente uno de los desarrollos más importantes en el área de la ciencia de superficies en las últimas dos décadas [7-9]. Se ha informado de espectros Raman mejorados que son 105-106 veces más fuertes que la dispersión Raman normal [10]. Boerio señaló que el SERS es bueno para el estudio de las interfaces polímero-isla de plata, ya que realza casi exclusivamente la primera monocapa de moléculas adyacentes al metal. Así, la técnica permite examinar la región interfacial entre el metal y el polímero siempre que las películas de polímero no sean tan gruesas como para que la dispersión Raman normal del grueso de la película sea más intensa que la SERS de la interfaz [11].