桨——开放获取奖励机制
DOI: 10.2240 / azojomo0254

水合作用之间的正常和横向交互部队a-Alumina表面

穆罕默德Polat Kimiyasu佐藤,长冈和Koji Watari高明

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AZojomo (ISSN 1833 - 122 x)体积2007年12月3日

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文摘

关键字

介绍

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结果与讨论

结论

引用

详细联系方式

文摘

AFM-Colloid探针力测量进行了在正常和横向模式量化垂直和摩擦之间的相互作用α在酸性氧化铝胶体和蓝宝石衬底(带正电的表面),中性(电荷相反的表面)和基本的pH值范围(带负电荷的表面)。在正常力显微镜,排斥屏障10 nm (+ 8 nN)和一个有吸引力的最低2 nm (-30 nN)在酸性博士观察中性pH值,一个吸引在场分离与深最低2 nm (-45 nN)。测量部队非常周期很短,总是在基本排斥博士虽然这些测量很好同意DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek)理论在酸性和中性pH值,他们严重在侧向力显微镜基本博士不同,表面之间的摩擦也在基本的pH值小得多的红外光谱和TG-DTGA分析表明水化层的存在。这一层可能充当一个排斥屏障分色低于5 nm,导致短程排斥力和较小的摩擦。这些发现具有重要意义的稳定性、流变性和形成陶瓷的行为系统,扩大当前的DLVO理论解释。

关键字

原子力显微镜,colloid (s),d麻烦l昨天,DLVOt下,α氧化铝

介绍

胶粒的力量之间的相互作用中起着重要作用的稳定性和流变学陶瓷料浆,形成绿色的身体。欧洲杯猜球平台著名的DLVO理论,即交互的净能量总和的范德瓦耳斯和电气力量,这些力量定量预测提供了理论工具[1,2]。范德瓦耳斯力主要取决于交互的大部分属性的身体,不是化学上的解决方案。然而,静电力的影响特点和明显的解决方案是操纵控制流变性和稳定性。它起源于双电层发展由于不同的化学活动的离子在溶液中,固体表面。在oxide-water系统中,质子浓度决定了表面电荷的主要参数,因此静电力,通过Al-OH等反应0+ H+Al-OH2+或Al-OH0Al-O- - - - - -+ H+

DLVO理论已被证明代表胶体系统的交互行为。最好的证据之一是Shulze-Hardy规则可以直接来源于DLVO理论[3]。然而,其测试的直接测量颗粒间的力量之后,表面力的引入装置(SFA)(4 - 6)。SFA只能使用透明基质如云母、玻璃或石英,因为它依赖于干涉条纹。同时,这个过程几乎没有横向分辨率[7]

原子力Microscopy-Colloid探测方法(AFM-CPM),不遭受这样的缺点,发现近年来广泛使用了粒子间的力测量(8、9)。在这种方法中,一个微小悬臂的弯曲承载附加胶体粒子在其自由端被激光光探测器测量光学系统,因为它更贴近衬底。的偏转量可以直接关系到胶体和衬底之间的交互力的弹簧常数悬臂。使用Derjaguin近似的,互动的力量可以被转换到相互作用的能量如果胶体的直径比表面之间的差距大得多。力量的顺序可以探测到一些picoNewtons AFM的理论上量子水平分辨率(比10-24年J)[10]。读者是潜水者的开创性工作等。(10、11)由帕克和评论[11],等前景并不乐观。[12],Senden[13]和霍奇斯[14]获取详细信息。

近年来的直接力测量表明,oxide-water界面显示一个不寻常的行为不能占的DLVO理论,尤其是在距离小于10纳米(15至21)。其他一些工作年代显示远程吸引力的存在交互作用(> 100海里)的疏水表面(22 - 24)。oxide-water系统,一种解释是存在排斥“水化力”分离低于5海里。Karaman et al。[18]使用AFM-CPM发现plasma-oxidized alumina-sapphire表面总是证明排斥力pH值范围内3 - 6.5。尽管他们force-distance曲线同意与分色的DLVO理论大于3 - 5海里,没有独特的能量势垒和主最低可见。这一事实表面排斥在中间蓝宝石和pH值α氧化铝表面电荷相反[27]也是令人惊讶的。这种行为是由于存在厚排斥表面水化层(15海里)在基本的pH值由于氧化铝的肿胀。然而,没有任何力量曲线提供了基本的pH值范围内。他们还提出了一个“薄”凝胶在低pH值与always-repulsive冲突相互作用能观察到pH值3.5。

在这项研究中,系统正常和横向力显微镜测量之间进行α氧化铝胶体探针和0001蓝宝石表面使用AFM-CPM在强酸性,中性和强碱性的解决方案。目的是确定更肯定的pH值对互动的影响力量oxide-water模型系统,以获得这些力量之间的相关性和水化行为和决定如何测量与DLVO理论。

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0001 -蓝宝石衬底(从一个公司、日本)和a-alumina粉末(来自Admatechs有限公司、日本)是用于测量和红外光谱和TG-DTGA研究力量。的等电点a-alumina粉末和蓝宝石8.9和5。1[25]。蓝宝石是原子级光滑的Ra值为0.11 nm最大peak-to-valley距离为0.92 nm。Micro-contact角度测量在UV-treated蓝宝石表面

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没有接触表明硅表面清洁后,亲水治疗。

矩形近日悬臂(TL-FM-50从纳米传感器,瑞士)被用来准备胶体探针。悬臂梁被单独测试的维度,共振频率和Q因子在空气中在室温下确定正常为每个悬臂弹簧常数(途径)。虽然有方法来确定一个矩形悬臂梁的侧向弹簧常数28粘合层的修复,胶体粒子本身的悬臂和引入未知这将使这些常数不可靠。因此,本文中的侧向力数据报告的偏转,相当于弹簧常数的力量规范化自偏转=侧向力/侧向弹簧常数。这样的规范化要求使用相同的胶体探针在给定的侧向力测量有意义的比较数据。

3.5 pH值的重复decantation-ultrasonification过程采用孤立个体α-alumina胶体探针和清洁表面。显微操纵器0.1μm决议(模型m501 - 1202 m从骏河精有限公司、日本)来选择,位置和使用快速修复这些胶体悬臂型环氧树脂胶(环氧树脂AR-R30-Nichiban有限公司有限公司,日本)。在图1中给出了一些代表性的照片。

扫描探针显微镜(400年温泉、精工、日本)和液体细胞用于正常和侧向力测量。液体细胞,蓝宝石和胶体探针都接受UV-plasma 10分钟(pl16 - 110 d从森光Corp .)、日本),用乙醇洗净,蒸馏水,最后与实验丰富的解决方案。全会众都沉浸在每个测量实验方案前10分钟。五法向力测量得到的中心和1μm 1μm的角落在蓝宝石表面正方形区域。这过程重复了4次的角落,20μmμm区域,导致20力测量为每个测试。侧向力测量得到每一个法向力后立即测量在同一位置。然而,一个给定的侧向力测量重复10次在单一位置在不同的距离从表面区分probe-surface分离对摩擦力的影响。调查的方法速度是30 nm /秒正常模式;拖的长度和速度是100和50 nm /秒的横向模式。

力测量产生的原始数据的形式压电translation-cantilever偏转信号。These数据需要转换成实际force-distance曲线。图2显示了原始数据和结果force-distance曲线和转换过程中使用的算法。在侧向力的情况下测量,偏转信号直接使用特别注意使用相同的胶体探针的成套of测量。

Poisson-Boltzmann方程的数值解,满足在每个分离两个表面上的表面电位差距导致潜在的概要文件每个表面距离的函数。表面之间的静电压力,即单位面积上的相互作用力,可以直接从这些潜在的概要文件为每个计算分离差距。表面势受雇于这些计算是+ 90 mV的表面在pH值为3.5,+ 40/-40 mV在pH值为7.7和-90 mV两表面的pH值12基于电动电势测量α-氧化铝胶体和文献数据0001 -蓝宝石表面[25]。

a-alumina粉处理的解决方案pH值3.5和12 (104氯化钾)被红外光谱分析(频谱GX FTIR-DRIFT珀金埃尔默,美国)和TG-DTGA(从Mac科学有限公司2000年代,日本)来评估α-alumina表面的水。欧洲杯线上买球

结果和讨论

分离与法向力曲线由AFM-Colloid探测法给出了图3为pH值为3.5,7.7和12.0。图中还包括相互作用能使用Derjaguin力的计算方法。结果显示主要三个pH值的相互作用能的差异进行了研究。在pH值为3.5,表面都是带正电荷的,一个良好定义的排斥势垒的存在在一个大约10 nm的分离。在接近的方法,迫使很快变得有吸引力。pH值7.7,互动是有吸引力的分离为两个电荷相反的表面。在pH值12,交互力不显示的障碍和一个有吸引力的地区和总是排斥分离。类似的行为也在文献中报道(15 - 19)并被归因于引起的排斥力的水合氧化层表面。侧向力测量的初步结果pH值3.5和12表明,摩擦力在酸性和碱性pH值明显不同(图2),摩擦力要小得多的pH值12表面水化层的推测。

图1正常交互部队a-alumina胶体探针和蓝宝石衬底之间在不同pH值(C0= 104M氯化钾;T = 25oC;kn= 2.8 N / m;R = 5.4μ米)。

图2a-alumina胶体探针之间的横向互动力量和蓝宝石衬底的函数probe-surface分离在不同的pH值(C0= 104M氯化钾;T = 25oC;R = 5.4μ米)。

存在这样的水化层被FTIR-DRIFT光谱的表示α氧化铝粉末处理24小时在酸碱3.5和12个解决方案(图3)。OH-stretching地区在2800 - 3800厘米1是更深层次的pH值12,这表明α氧化铝表面含有更多H-bonded水基本博士广泛羟基拉伸区域几个氧化铝粉末也观察到使用FTIR-DRIFT文学[29]。TG和DTGA分析相同的样本显示,几乎所有的水样本失去了在100年之前opH值3.5 C,而pH值12样品保留一些水在温度高于100°C,支持一些更强烈的存在保税水(图4),化学吸附水α氧化铝在文献也报道了(30、31)

3FTIR-DRIFT光谱(归一化对pH值12光谱)的H-bonded水地区α氧化铝样品在酸碱3.5和12 24小时解决方案。

图4TG和DTGA数据α氧化铝样品处理酸碱3.5和12 24小时解决方案。

结论

正常和横向AFM-Colloid探针力的测量α氧化铝胶体和0001 -蓝宝石衬底进行解决方案的pH值3.5,7.7和12。法向力,带正电荷的质子化了的之间的相互作用α氧化铝表面显示出明确的排斥势垒10 nm紧随其后的是一个有吸引力的最小值。力总是有吸引力的表面电荷相反的pH值7.7。在基本的pH值,表面都是带负电荷的,交互力周期很短,总是排斥这样一个有吸引力的最小并不存在。侧向力,摩擦似乎在基本的pH值小得多,很可能由于存在短程排斥力观察。看来,水化层的存在是可能的在氧化铝表面基本的pH值。这一层可能会阻碍越接近表面的方法,导致观察到的行为在两个正常和横向交互。这些发现具有重要意义的稳定和陶瓷料浆的流变行为以及形成绿色的身体。

引用

1。l . e .鞋匠,“加入铁素体氧化物弥散强化合金的技术”,《国际会议在焊接研究趋势,Gatlinburg, TN,美国,ASM国际,371 - 377年,1986年5月。

2。e . Lugscheider h . Schmoor和Eritt,“燃气轮机叶片Repair-brazing流程的优化”,钎焊,高温钎焊和扩散焊,德国1 -皮毛Schweisstechnik GmbH,杜塞尔多夫(德国)、259 - 261年,1995年。

3所示。w·f·盖尔和e . r .瓦拉赫瞬态液相结合显微结构的发展,金属。反式,22,2451 - 2457,1991。

4所示。m·c·查图尔维迪o . a处和n·l·理查兹,“738高温合金铸件铬镍铁合金扩散钎焊”,偶氮材料在线杂志,DOI: 10.2240 / azojomo0123, 2005。欧洲杯足球竞彩(这篇文章也发表在打印形式在材料和材料加工技术的进步,6 [2](2004)206 - 213)。欧洲杯足球竞彩

5。h .中川c·h·李和t·h·北,“贱金属溶解行为的造型在瞬态液相钎焊”,金属。反式。22,543 - 555年,1991年。

6。l . j .公园,h . j . Ryu s h .洪教授和y . g .金正日“机械合金ODS Ni-Base高温合金的微观结构和力学行为对航空燃气轮机应用”,先进的材料性能,5(4),279 - 290年,1998年。欧洲杯足球竞彩

7所示。ASM手册,“合金相图”,金属公园,俄亥俄州,3卷,313页,1992年。

8。t . i汗和e . r .瓦拉赫”瞬时液相扩散连接和关联的再结晶现象,当加入ODS铁素体合金”,j .板牙。科学。财团,2973 - 2943年,1996年。

详细联系方式

穆罕默德Polat

伊兹密尔理工学院
化学工程学系
Urla,伊兹密尔
土耳其

穆罕默德Polat Kimiyasu佐藤,长冈和Koji Watari高明

国家先进工业科学技术欧洲杯线上买球(产业技术)
先进的烧结技术集团
463 - 8560名古屋,爱知
日本

这篇文章也发表在“技术进步欧洲杯足球竞彩材料和材料加工杂志,9(1)(2007)35 - 40”。

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