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Short- and long-range mechanical and chemical interphases caused by interaction of Boehmite (γ-AlOOH) with anhydride-cured epoxy resins

  • Understanding the interaction between boehmite and epoxy and the formation of their interphases with different mechanical and chemical structures is crucial to predict and optimize the properties of epoxy-boehmite nanocomposites. Probing the interfacial properties with atomic force microscopy (AFM)-based methods, especially particle-matrix long-range interactions, is challenging. This is due to size limitations of various analytical methods in resolving nanoparticles and their interphases, the overlap of interphases, and the effect of buried particles that prevent the accurate interphase property measurement. Here, we develop a layered model system in which the epoxy is cured in contact with a thin layer of hydrothermally synthesized boehmite. Different microscopy methods are employed to evaluate the interfacial properties. With intermodulation atomic force microscopy (ImAFM) and amplitude dependence force spectroscopy (ADFS), which contain information about stiffness, electrostatic,Understanding the interaction between boehmite and epoxy and the formation of their interphases with different mechanical and chemical structures is crucial to predict and optimize the properties of epoxy-boehmite nanocomposites. Probing the interfacial properties with atomic force microscopy (AFM)-based methods, especially particle-matrix long-range interactions, is challenging. This is due to size limitations of various analytical methods in resolving nanoparticles and their interphases, the overlap of interphases, and the effect of buried particles that prevent the accurate interphase property measurement. Here, we develop a layered model system in which the epoxy is cured in contact with a thin layer of hydrothermally synthesized boehmite. Different microscopy methods are employed to evaluate the interfacial properties. With intermodulation atomic force microscopy (ImAFM) and amplitude dependence force spectroscopy (ADFS), which contain information about stiffness, electrostatic, and van der Waals forces, a soft interphase was detected between the epoxy and boehmite. Surface potential maps obtained by scanning Kelvin probe microscopy (SKPM) revealed another interphase about one order of magnitude larger than the mechanical interphase. The AFM-infrared spectroscopy (AFM-IR) technique reveals that the soft interphase consists of unreacted curing agent. The long-range electrical interphase is attributed to the chemical alteration of the bulk epoxy and the formation of new absorption bands.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Media Ghasem Zadeh KhorasaniORCiD, Anna Maria ElertORCiD, Vasile-Dan HodoroabaORCiD, Leonardo Agudo JácomeORCiD, Korinna AltmannORCiD, Dorothee SilbernaglORCiD, Heinz SturmORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nanomaterials
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation
6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
6 Materialchemie / 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Jahrgang/Band:9
Ausgabe/Heft:6
Erste Seite:853, 1
Letzte Seite:20
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Electron microscopy; Infrared nano AFM; Intermodulation AFM; Interphase; Nanocomposites
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
Material / Nano
DOI:10.3390/nano9060853
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-483672
URL:https://www.mdpi.com/2079-4991/9/6/853/htm
ISSN:2079-4991
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:02.07.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:02.07.2019
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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