Scanning Electric Potential Microscopy Imaging of Polymer Latex Films:  Detection of Supramolecular Domains with Nonuniform Electrical Characteristics

Braga, Melissa; Costa, Carlos Alberto Rodrigues; Leite, and Carlos Alberto Paula; Galembeck, Fernando

doi:10.1021/jp002667d

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“…As imagens de KFM apresentam estruturas caroço-casca, sendo a casca mais positiva que o caroço. A associação da KFM com a ESI-TEM (Figura 2) permitiu a identificação dos portadores de cargas para o PShema: 19 as cargas negativas derivam do iniciador, sendo resíduos de persulfato incorporado às cadeias poliméricas, que são aprisionados no interior das partículas. Por outro lado, os contra-íons (potássio) ficam agregados na parte externa das partículas, formando uma casca com excesso de cargas positivas.…”

Section: Resultados Experimentais: Padrões Eletrostáticos Em Superfícunclassified

“…Os padrões eletrostáticos foram inicialmente observados por microscopia de varredura de potencial elétrico, microscopia de sonda Kelvin (KFM) ou microscopia de força elétrica, que são nomes dados a técnicas de microscopias de varredura por sonda (SPM) 15,16 derivadas da microscopia de força atômica (AFM). Estes resultados foram associados a outros, de microscopia eletrônica de transmissão analítica baseada na espectroscopia de perda de energia de elétrons (EELS-TEM), mostrando que os excessos de carga estática em polímeros coloidais estão associados a excessos de concentração de cátions ou ânions, [17][18][19] como os íons K + , Na + e R-SO 4 -introduzidos durante o processo de polimerização em emulsão. 20 Relatos na literatura recente mostram padrões eletrostáticos sobre algumas superfícies de eletretos, obtidos através do acúmulo de cargas atribuído à transferência de íons na superfície.…”

Section: Eletrização De Materiaisunclassified

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Eletrização de dielétricos: novas propostas para resolver velhos problemas

et al. 2010

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Recebido em 30/6/10; aceito em 30/8/10; publicado na web em 8/11/10 ELECTROSTATIC CHARGING OF DIELECTRICS: NEW APPROACHES TO SOLVE PERSISTING PROBLEMS. Electrostatic phenomena were discovered long ago but their interpretation according to well-established atomic-molecular theory is still lacking. As a result, electrostatic phenomena are often irreproducible and uncontrolled, causing serious practical problems. Highly reproducible recent experimental results on electrostatic charging from this and other laboratories are reviewed in this work, together with a description of the relevant but not so usual Kelvin probe and Faraday cup techniques. These results support a new model for electrostatic charging of dielectrics and insulated metals, based on the role of moist atmosphere as a charge reservoir.Keywords: water ion partition; electrostatic charging; Kelvin probe. INTRODUÇÃO Eletrização de materiaisO primeiro relato de um fenômeno de eletrização é devido a Tales de Mileto e os resultados experimentais obtidos até o século 19 foram consolidados no tratado de Maxwell sobre Eletromagnetismo. 1 Hoje, a eletrostática está presente em muitas tecnologias de produtos e processos importantes: as máquinas de eletrocópias, impressoras a laser, 2 eletretos 3 usados como transdutores acústicos, reciclagem de políme-ros isolantes, 4 fabricação de nanofibras e nanotubos poliméricos por fiação eletrostática, 5 pintura eletrostática e filtração eletrostática. 6 A eletrização atmosférica também é conhecida de praticamente todas as populações humanas devido à sua associação às tempestades. Poderosas descargas eletrostáticas são ainda observadas em erupções vulcânicas e em tempestades de areia, em regiões áridas. 7 Apesar da onipresença dos fenômenos eletrostáticos e das suas consequências, o conhecimento sobre este tópico ainda é bastante empírico. 8,9 Persistem lacunas importantes na correlação de ideias fundamentais da teoria atômico-molecular com as observações experimentais da eletrostática de materiais isolantes 10 e muitas questões importantes sobre esse assunto ainda não foram satisfatoriamente respondidas. A principal delas é a identidade das espécies portadoras de cargas em um material isolante, bem como a sua detecção e identificação. Schein, um ex-dirigente de pesquisas na Xerox afirmou em uma importante e recente revisão: "Most researchers believe that insulator charging is a surface phenomenon. Creating a reproducible surface and obtaining experimental reproducibility among laboratories has been a challenge". 8 Portanto, não há consensos amplos sobre a teoria dos fenômenos eletrostáticos e também não há paradigmas experimentais reprodutíveis mesmo nos casos mais simples da eletrização por contato e triboeletrização.O desconhecimento dos mecanismos de acúmulo e dissipação de cargas eletrostáticas não é somente restrito à área de materiais. As pesquisas em geofísica não produziram ainda um modelo efetivo para explicar a eletrização da atmosfera, 11 o que está certamente associado às frequentes perdas de vidas e propried...

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Section: Resultados Experimentais: Padrões Eletrostáticos Em Superfícunclassified

Section: Eletrização De Materiaisunclassified

Eletrização de dielétricos: novas propostas para resolver velhos problemas

et al. 2010

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“…The distribution of chemical constituents throughout the particles and within each particle may be rather non-uniform thus accounting for non-uniformity of latex properties and also of films or bulk polymer [11] 2. Non-latex components are also detected, as observed in Fig.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

Morphology and Microchemistry of Colloidal Polymers

Galembeck

Valadares

Bragança

et al. 2006

Macromolecular Symposia

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Summary: Colloidal polymers are highly versatile due to the variety of properties and functions that can be created by changing monomer composition, surfactant, initiator and reaction protocol. Microchemical and morphological observation of the particles and particle aggregates as well as films and monoliths made with them is allowing us to understand the connections between nanosized structural features and macroscopic properties and this is essential for the creation of valuable new polymer materials. Electron spectroscopy imaging (ESI) in the transmission electron microscope (TEM) uses electron energy loss spectroscopy (EELS) to provide a wealth of information on particle constituents and their topological distribution, allowing a number of correlations with the polymer mechanical, thermal, optical and electrical properties. On the other hand, scanning probe microscopy (SPM) techniques allow direct measurement of particle and film properties such as adhesion, stiffness, electrostatic potential as well as rheology information with high spatial resolution, down to 10-20 nm and under many different experimental conditions. Information from the joint use of these techniques is revealing a wealth of nanostructures within colloidal polymers requiring a revision of many preconceived ideas on these materials.

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“…However, large electric potential differences are observed between the microscope probe and adjacent domains in the films; domain sizes range from a few nanometers to hundreds of nanometers (Braga et al 2001).…”

Section: Results On Latex Particlesmentioning

confidence: 99%

Supramolecular ionics: electric charge partition within polymers and other non-conducting solids

Galembeck

Costa

Galembeck

et al. 2001

An. Acad. Bras. Ciênc.

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Electrostatic phenomena in insulators have been known for the past four centuries, but many related questions are still unanswered, for instance: which are the charge-bearing species in an electrified organic polymer, how are the charges spatially distributed and which is the contribution of the electrically charged domains to the overall polymer properties? New scanning probe microscopies were recently introduced, and these are suitable for the mapping of electric potentials across a solid sample thus providing some answers for the previous questions. In this work, we report results obtained with two of these techniques: scanning electric potential (SEPM) and electric force microscopy (EFM). These results were associated to images acquired by using analytical electron microscopy (energy-loss spectroscopy imaging in the transmission electron microscope, ESI-TEM) for colloid polymer samples. Together, they show domains with excess electric charges (and potentials) extending up to hundreds of nanometers and formed by large clusters of cations or anions, reaching supramolecular dimensions. Domains with excess electric charge were also observed in thermoplastics as well as in silica, polyphosphate and titanium oxide particles. In the case of thermoplastics, the origin of the charges is tentatively assigned to their tribochemistry, oxidation followed by segregation or the Mawell-Wagner-Sillars and Costa Ribeiro effects.

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Scanning Electric Potential Microscopy Imaging of Polymer Latex Films: Detection of Supramolecular Domains with Nonuniform Electrical Characteristics

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Eletrização de dielétricos: novas propostas para resolver velhos problemas

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