掃描電子顯微鏡與顯微紅外光譜儀的差異

一探不織布形態及化學性質分析的方法

作者利泓科技
日期2023-02-14
此篇文章想讓你知道的是
 
  • 不織布的化學分析技術
  • 掃描電子顯微鏡與顯微紅外光譜儀的差異
 
關鍵字│不織布 ‧ 掃描電子顯微鏡(SEM) ‧ 顯微紅外光譜儀(micro-FTIR) 
不織布知多少?
 
紡織工業中不織布是增長最快的部分之一,其高機能性與功能性被世界紡織業歸類成高科技產品,商業生產的多層複合不織布、結構塑膠積層板和三維不織布,廣泛用於各種工業工程、消費品及保健品,不斷研發與創新的纖維材料,本文介紹對其進行全面化學性質的分析的技術。

以電子為輻射源,掃描電子顯微鏡 (SEM) 提供比其他光學元件更高的空間分辨率(以奈米為單位)。SEM 的大景深有利於我們理解的特徵三維外觀樣品的表面結構。雖然化學元素及成分不同,可通過 SEM 圖像中的對比度表現出來(註),確切的化學特性無法輕易確定,需要仰賴可辨別化學結構做為定性方法的分析儀器。

圖 1:(a) 不織布中纖維束的 SEM 圖像; (b) 紅色圓圈的區域觀察到疑似芯鞘結構。

註:SEM電子束與材料的交互作用,較高原子序的元素,成像上看起來較亮。

從傅立葉轉換紅外光譜儀辨別出不同化合物

圖 2:(a) 的影像圖像通過顯微紅外光譜獲得的纖維影像。具代表性的光譜可以得到化學結構(b)聚乙烯,(c)纖維素,和(d)聚對苯二甲酸乙二酯。 在紅色的圓圈顯示的位置取得了代表性的光譜。

化學影像資訊有助於瞭解材料結構意義
 
下圖顯示了影像與化學圖像訊號疊加。 值得注意的是是圖 c 其中一個明顯的 PE 部分位於相鄰位置連接到 PET 纖維, SEM 影像支持芯鞘為核心結構(圖 1b):原因來自於高熔點 (~250 °C) PET 芯被低熔點包圍熔點 (~120 °C) PE 護套。生產過程中當纖維被加熱時,外皮層熔化並在交界處相互黏附。 利用顯微影像提供的資訊做進一步確認,以一種交互網絡形成的狀態,實現所需的機械強度,同時保持結構完整性。