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Insights into Nano-Scale Physical and Mechanical Properties of Epoxy/Boehmite Nanocomposite Using Different AFM Modes

  • Understanding the interaction between nanoparticles and the matrix and the properties of interphase is crucial to predict the macroscopic properties of a nanocomposite system. Here, we investigate the interaction between boehmite nanoparticles (BNPs) and epoxy using different atomic force microscopy (AFM) approaches. We demonstrate benefits of using multifrequency intermodulation AFM (ImAFM) to obtain information about conservative, dissipative and van der Waals tip-surface forces and probing local properties of nanoparticles, matrix and the interphase. We utilize scanning kelvin probe microscopy (SKPM) to probe surface potential as a tool to visualize material contrast with a physical parameter, which is independent from the mechanics of the surface. Combining the information from ImAFM stiffness and SKPM surface potential results in a precise characterization of interfacial region, demonstrating that the interphase is softer than epoxy and boehmite nanoparticles. Further, weUnderstanding the interaction between nanoparticles and the matrix and the properties of interphase is crucial to predict the macroscopic properties of a nanocomposite system. Here, we investigate the interaction between boehmite nanoparticles (BNPs) and epoxy using different atomic force microscopy (AFM) approaches. We demonstrate benefits of using multifrequency intermodulation AFM (ImAFM) to obtain information about conservative, dissipative and van der Waals tip-surface forces and probing local properties of nanoparticles, matrix and the interphase. We utilize scanning kelvin probe microscopy (SKPM) to probe surface potential as a tool to visualize material contrast with a physical parameter, which is independent from the mechanics of the surface. Combining the information from ImAFM stiffness and SKPM surface potential results in a precise characterization of interfacial region, demonstrating that the interphase is softer than epoxy and boehmite nanoparticles. Further, we investigated the effect of boehmite nanoparticles on the bulk properties of epoxy matrix. ImAFM stiffness maps revealed the significant stiffening effect of boehmite nanoparticles on anhydride-cured epoxy matrix. The energy Dissipation of epoxy Matrix locally measured by ImAFM shows a considerable increase compared to that of neat epoxy. These measurements suggest a substantial alteration of epoxy structure induced by the presence of boehmite.zeige mehrzeige weniger

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Autoren/innen:Media Ghasem Zadeh Khorasani, Dorothee Silbernagl, D. Platz, Heinz Sturm
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Polymers
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:6 Materialschutz und Oberflächentechnik
6 Materialschutz und Oberflächentechnik / 6.6 Nano-Tribologie und Nanostrukturierung von Oberflächen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Jahrgang/Band:11
Ausgabe/Heft:2
Erste Seite:235, 1
Letzte Seite:19
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Boehmite; Epoxy; Intermodulation-AFM; Interphase; Nanomechanics
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Nanoskalige Materialien und deren Eigenschaften
DOI:https://doi.org/10.3390/polym11020235
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-476040
URL:http://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcAuth=Alerting&SrcApp=Alerting&DestApp=WOS_CPL&DestLinkType=FullRecord&UT=WOS:000460296000049
ISSN:2073-4360
Verfügbarkeit des Volltexts:Volltext-PDF für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:22.03.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:22.03.2019
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM