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研究人员使用各种物理化学分析方法检查沥青表面 !
作者:英朗化工   日期:2021-07-27   阅读:50

虽然过去原子力显微镜和扫描电子显微镜已经提供了沥青表面形态的信息,但长期以来,人们并不知道表面和化学成分是否相互关联。然而,表面的化学成分特别令人感兴趣,因为氧化过程发生在那里,由空气中的含氧分子(如臭氧、氮氧化物或羟基自由基)触发。氧化过程加速了材料的老化 - 沥青变得多孔且损坏发展。

因此,来自维也纳工业大学的材料化学家 Ayse Koyun 博士和 Hinrich Grothe 教授使用各种物理化学分析方法检查了沥青表面,并将各自的结果相互比较。使用不同显微技术成像的沥青表面:AFM(形貌图像)和 AFM-IR(化学分布 - 1262 cm-1 处的红外吸收)。

沥青由石油生产,主要用于生产沥青。它的稠度在很大程度上取决于温度——在高温下它是粘性的,较大的化合物,如脂肪族、石油树脂和沥青质在物质中自由移动。然而,当沥青冷却时,材料会凝固,并且单个分子会以特有的模式排列。分析已经表明,所谓的核壳颗粒形成于表面。这些是由至少两种不同组分组成的复合材料。

由于沥青和沥青用于道路建设以及防水工作,因此需要尽可能长的产品寿命。为了减缓材料的老化,必须尽量减少由活性气体、光和热引发的反应。一旦我们更好地了解沥青的氧化行为,我们就可以寻找适当的措施来防止大气老化。这可以将沥青产品的使用寿命延长许多年,节省能源和材料资源,Koyun 解释说。在 Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 上发表的一项研究中,她已经能够展示沥青的化学成分如何影响其老化过程。

该研究的第一作者 Ayse Koyun 与哈佛大学、布鲁克纳米表面部和 IONTOF GmbH 密切合作,使用三种不同的方法研究了沥青表面:基于光热膨胀的纳米级红外光谱 (AFM-IR)、时间飞行中二次离子质谱 (ToF-SIMS) 和荧光显微镜。结合起来,这些方法为了解沥青表面的多相性质提供了宝贵的见解。用于研究表面成分的传统测量方法的分辨率对于化学表征来说太低了。无法以这种方式确定表面的各个域,Koyun 解释说,然而,通过结合不同的物理化学方法,我们成功地将结构映射到十纳米。结果:表面是异质的。显微和光谱方法的发现相互关联并且可以做出结论性的解释。

长期以来,对于我们材料化学家来说,沥青就像一个未解之谜,大气物理化学研究组负责人 Hinrich Grothe 说,我们知道很多细节,但直到现在还无法将它们拼凑成一幅完整的图画。然而,当我们应用它们时,几种物理化学方法的组合终于能够向我们展示单个分子组件是如何分布的在沥青中。这使我们能够解决难题并完成我们对沥青的了解,Ayse Koyun 补充道,他正在哈佛大学完成两次研究,作为马歇尔奖学金的一部分,并得到了维也纳工业大学的支持。

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