Till innehåll på sidan

Surface nanomechanical properties of hydrogels and coatings

Tid: Fr 2020-11-27 kl 13.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_ERk2vPuLQwmM8LlUd-fadA, Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemi

Respondent: Gen Li , Yt- och korrosionsvetenskap

Opponent: Professor Jan van Stam,

Handledare: Professor Per M. Claesson, Yt- och korrosionsvetenskap

Exportera till kalender

Abstract

Karakterisering av mekaniska- och nötningsegenskaper på nanometerskala har under de senaste årtiondena utvecklats till ett fascinerande och utmanande forskningsområde. Det beror på de många intressanta och ovanliga egenskaper som återfinns hos nanomaterial. Genom nya utvecklingar av atomkraftsmikroskopitekniken (AFM) är det nu möjligt att samtidigt mäta topografi och nanomekaniska egenskaper, liksom att på nanometerskala utvärdera nötningsegenskaper. Syftet med mitt doktorsarbete var att belysa nanomekaniska (ytans styvhet, deformation, tip-yt adhesion, skenbar elastisitetsmodul) och nanotribologiska (friktion, nötning och nötningsmekanism, stick-slip) egenskaper hos olika typer av material i olika omgivningar. Studierna bidrar till den generella önskan att förstå och motverka materialnedbrytning, och därmed också till utvecklingen mot ett mer hållbart samhälle.

Nanomekaniska och nanotribologiska egenskaper hos makroskopiska poly-HEMA (HEMA = 2-hydroxyetyl metakrylate) hydrogeler med två olika tvärförnätningsgrader karakteriserades med AFM, genom användande av olika mätprinciper, i vattenmiljö och vid olika pålagda krafter. Styvheten hos båda poly-HEMA gelerna ökade med ökande pålagd kraft, medan adhesionen mellan proben och materialet enbart påverkades av den pålagda kraften när tvärförnätningen var låg. Då olika grad av tvärförnätning påverkar polymerkedjornas flexibilitet var responsen till samtidig påverkan av pålagd kraft och skjuvning markant olika för de två hydrogelmaterialen.

De nanomekaniska egenskaperna hos adsorberade temperatur-responsiva poly-NIPAm mikrogelpartiklar undersöktes i vattenmiljö i temperaturområdet där mikrogelpartiklarnas volym förändras markant. Av speciellt intresse var påverkan av hur mikrogelpartiklarna syntetiserades, men även effekter av indentationshastighet och storleken på proben belystes. Resultaten visar att poly-NIPAm mikrogeler framställda via en klassisk en-stegs batch process uppvisar en hård kärna – mjuk skalstruktur. Detta kontrasterar mot egenskaperna hos de partiklar som framställs via en två-stegs semi-batch process där homogeniteten var betydligt större och ingen tydlig variation mellan kärna och skal kunde urskiljas. Tvärförnätningsgraden påverkar avsvällningen av mikrogelpartiklarna, vilket gör mindre tvärförnätade mikrogelpartiklar styvare än mer tvärförnätade just över avsvällningstemperaturen.

Mekaniska egenskaper och nötningsegenskaper på nanonivå undersöktes också för en korrosionsskyddande nanokompositbeläggning innehållande cellulosa nanokristaller (CNC) i både vattenmiljö och i luft. Resultaten visar att även minimal vattenabsorption gör beläggningens yta mindre styv. Dessutom visade det sig att exponering för en korrosiv vattenmiljö irreversibelt ändrar ytegenskaperna, vilket ledde till sämre hållbarhet och således ökande nötning. Detta kunde observeras väl innan beläggningens korrosionsskyddande egenskaper hade försämrats.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-284805