On the dielectric properties of polymers at nanometric scale by afm microscopy

Abstract

El objetivo de este trabajo de tesis consiste en desarrollar y analizar técnicas basadas en microscopía de fuerza atómica (AFM) para la caracterización mecánica y dieléctrica de materiales poliméricos. Para ello, se utilizó nanoespectroscopía dieléctrica (nDS) y nanoimaging dieléctrico (nDI) para estudiar la dinámica de polímeros en diferentes condiciones. Estas técnicas, recientemente desarrolladas, se emplearon en el estudio de sistemas poliméricos con propiedades dieléctricas complejas, en conjunto con otras técnicas de caracterización macroscópicas tales como calorimetría diferencial de barrido (DSC) y la espectroscopia dieléctrica de banda ancha (BDS). En la mayoría de los casos, además de la caracterización dieléctrica a nanoescala, también se realizó una caracterización mecánica utilizando técnicas de AFM. La aplicación de técnicas dieléctricas a nanoescala incluye el estudio del nivel de compatibilidad en films delgados de mezclas de poliestireno-polivinilacetato (PS/PVAc) con diferentes tratamientos térmicos. A este respecto, se encontró que dichos polímeros son incompatibles, y que su incompatibilidad se incrementa conforme la temperatura del tratamiento térmico aumenta. Estas técnicas fueron también aplicadas al estudio de la estructura y dinámica de cauchos sintéticos estireno-butadieno-caucho (SBR) reforzados con nanopartículas de silica. La caracterización mecánica a nanoescala reveló la presencia de una capa fina de polímero sobre las partículas, que, sin embargo, presenta la misma dinámica que el resto del material polimérico debido a una unión flexible con las partículas. Finalmente, se estudió el origen estructural de la relajación dieléctrica en copolímeros polietileno-polivinilacetato (EVA) semicristalinos. En este caso, el comportamiento dieléctrico de los materiales en bulk fue modelado exitosamente combinado BDS y nDI. Estos estudios muestran que las técnicas nanodieléctricas son una poderosa herramienta en el diseño y caracterización de nanocompuestos poliméricos.