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Étudier l’interface des polymères à l’échelle nanométrique par AFM-IR

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2019-04-10

Étudier l’interface des polymères à l’échelle nanométrique par AFM-IR

La maîtrise de la morphologie et de la cristallisation des polymères et des composites est cruciale parce qu’elle est directement liée aux propriétés finales du matériau. Les polymères semi-cristallins constituent une fraction importante des polymères commerciaux. Il est bien connu que les mélanges de polymères miscibles peuvent présenter diverses morphologies et mécanismes de cristallisation qui dépendent de la différence de température de fusion de chaque composé, de la composition du mélange et des conditions de cristallisation. Or, l’examen de la distribution des polymères dans les mélanges miscibles, en particulier à l’échelle sous-micrométrique, est techniquement difficile malgré les progrès des méthodes de caractérisation. Récemment, P. Nguyen-Tri et son collègue ont réussi à utiliser un équipement de  pointe, appelé AFM-IR, pour étudier  la cristallisation et la nanodiffusion des polymères dans des mélanges complexes, tout en enregistrant des images topographiques de haute résolution à l’échelle nanométrique. Cette avancée a été rendue possible grâce à la capacité d’identification de la composition chimique de l’AFM-IR*.

Fonctionnement du AFM-IR

Fonctionnement d’un microscope à force atomique (AFM) couple à un laser accordable pulsé (IR)

Figure 1 Principe de fonctionnement d’un AFM-IR

Le principe de l’AFM-IR est de coupler un microscope à force atomique (AFM) avec un laser accordable pulsé (IR). L’échantillon est illuminé par un rayonnement infrarouge pulsé et la lumière IR absorbée par l’échantillon est convertie en chaleur, provoquant une dilatation thermique rapide sous la pointe de l’AFM, laquelle déplace l’oscillation résonnante du cantilever de l’AFM. L’amplitude de l’oscillation en porte-à-faux est directement proportionnelle au coefficient d’absorption de l’échantillon. Les spectres AFM-IR sont ainsi obtenus en mesurant l’amplitude de l’oscillation obtenue en fonction de la longueur d’onde du rayonnement incident. La cartographie par adsorption IR peut également être réalisée. Cette technique permet de cartographier la composition chimique à l’échelle nanométrique, ainsi que de fournir des images AFM à haute résolution.

Des mélanges de polymères prometteurs

La polycaprolactone (PCL) et ses mélanges sont largement utilisés dans diverses applications médicales, notamment pour la peau artificielle, les prothèses résorbables, la chimiothérapie et le génie tissulaire, en raison de leur biocompatibilité, de leur biodégradabilité et de leur non-toxicité (approuvés par la FDA). Les mélanges composés de PCL et d’un polymère hydrophile non toxique et biodégradable, tel que le polyéthylène glycol (PEG), ont l’avantage d’être plus biodégradables et hydrophobes, ce qui permettrait d’élargir le champ d’application de la PCL. Cependant, l’ajout de PEG dans la formulation peut aussi causer des perturbations dans les cristaux de PCL. La compréhension des mécanismes de séparation de phases et de la cristallisation de ce mélange est importante pour obtenir les propriétés finales désirées. En utilisant l’AFM-IR, les auteurs ont pu obtenir plusieurs informations précieuses, par exemple : la transition de cristallisation, l’identification des polymères dans le mélange et la vérification des interactions chimiques au-delà de l’interface du mélange PCL et PEG. 

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Source : 
Substance
ÉTS, 10 avril 2019

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