Heterogeneidad viscoelástica de la superficie de polímeros: Contraste de fase mediante AFM, en el modo de contacto periódico

Polymer Surface Viscoelastic Heterogeneity: Phase Contrast Using AFM, in the Periodic Contact Mode

El contraste de fase en el modo de contacto periódico-AFM viene determinado por las propiedades topográficas, viscoelásticas y adhesivas de las muestras. La interpretación de las imágenes no es sencilla, a menos que previamente se defina bien el procedimiento de adquisición de imágenes, eligiendo adecuadamente el ángulo de fase θ entre la onda aplicada al piezo conductor y la onda de salida del fotodetector. El efecto de la topografía sobre el contraste de fase es mínimo sólo si las dos ondas senoidales (oscilación de la sonda y respuesta del fododetector) son ortogonales. Eligiendo θ = -90°, los dominios más brillantes de la imagen son más disipativos que los más oscuros, pero se observa lo contrario utilizando θ = +90°. Esta regla se obtiene a partir de un sencillo análisis del funcionamiento del instrumento, y se verifica experimentalmente con una muestra preparada recubriendo parcialmente una lámina de mica con una película de caucho natural moldeada a partir de una solución. Se obtuvieron imágenes de tres películas de látex diferentes que revelaron patrones de dominios distintos: en un látex de copolímero sintético se observan dominios más duros en una matriz más blanda, mientras que el látex de caucho natural (NRL) tiene dominios más blandos en un continuo más duro, y una película compuesta de NRL y polifosfato sódico se forma interpenetrando dominios más duros y más blandos.

INTRODUCCIÓN

Las superficies de los polímeros presentan heterogeneidades a escala microscópica, que afectan a propiedades como la adherencia, la humectabilidad, la abrasión y la degradación en el medio ambiente. Por tanto, la identificación de estas heterogeneidades y su cartografía son de gran importancia científica y tecnológica. Muchas técnicas se utilizan para estudiar los polímeros y determinar sus propiedades, por ejemplo: ESCA, ángulos de contacto, reflectancia FTIR, espectroscopia de suma de frecuencias, microdureza, resistencia DC e impedancia AC, entre otras. Sin embargo, ninguna de estas técnicas tiene una escala espacial nanométrica en el plano de la superficie del polímero. 

Una técnica que se ha utilizado para obtener imágenes en superficies poliméricas con resolución nanométrica es la microscopía de fuerza atómica en modo de contacto periódico. Esta técnica se basa en una sonda de silicio que oscila a su frecuencia de resonancia natural sobre la superficie de una muestra tocándola periódicamente. Durante una exploración, las variaciones en la interacción sonda-muestra provocan cambios en la frecuencia, amplitud y fase de la vibración de la sonda. A menudo se generan imágenes topográficas mediante un bucle de realimentación que controla la distancia entre la sonda y la muestra. Una segunda imagen puede adquirirse simultáneamente, cuyo contraste viene determinado por el retardo de la señal. Esta imagen puede revelar varios tipos de heterogeneidades en la capacidad de disipación de la superficie polimérica.