Badania kompozytów
Na gruncie badań podstawowych często możliwe jest uzyskanie wiedzy istotnej dla zastosowania układów w przemyśle czy medycynie. Przykładem takich badań były badania układów binarnych mieszanin alkanów, które znajdują zastosowanie jako wypełniacze mikrokapsułek z grupy układów zmiennofazowych (phase change materials, PCM). Mikrokapsułki należą do grupy materiałów zmiennofazowych i ze względu na swoją zdolność do akumulacji i uwalniania energii w kontrolowanych warunkach, wykorzystywane są m.in. w przemyśle budowlanym i tekstylnym. Uznaliśmy za interesujące, powiązanie własności takich mikrokapsułek z budową subnanometryczną składników je budujących [1-3]. Mikrokapsułki mają kształt kulek o średnicy kilku μm i wykazują tendencję do grupowania się w postaci ziaren o średnicy ułamka mm. Morfologia mikrokapsułek może być zróżnicowana, ale w ogólności można wyróżnić w nich część stanowiącą otoczkę (lub też szkielet), zwykle polimerową, oraz część wypełniająca, którą zwykle jest alkan lub mieszanina alkanów. W przypadku mikrokapsułek o budowie typu jądro – otoczka (rys.1) wnętrze wypełnione jest alkanem lub mieszaniną alkanów, które decydują o własnościach fizyko-chemicznych mikrokapsułek, zaś otoczka wykonana jest z polimeru, który determinuje ich własności mechaniczne.
 |
Rysunek 1.Schematyczna reprezentacja morfologii mikrokapsułek, od lewej: jądro-otoczka, wielojądrowa lub inaczej szkieletowa, matrycowa.
Obiektem badań przedstawionych w pracy [1] były komercyjnie dostępne mikrokapsułki Micronal®DS 5001 X, poddane wpływowi temperatury i ciśnienia. Identyfikacja składowych o-Ps w widmie PALS (ich przypisanie do materiału stanowiącego wypełnienie i otoczkę mikrokapsułek) oraz odniesienie i porównanie wybranych parametrów z badanego obszaru temperatur (np. punktów przejść fazowych, zakresu obszaru występowania efektu pułapkowania e-, wartości średnich czasów życia o-Ps) do danych zgromadzonych dla czystych alkanów i ich mieszanin doprowadziło do identyfikacji mieszaniny wykorzystanej do wypełnienia mikrokapsułek. Prowadzono również badania wpływu ekstremalnych czynników (niskiej temperatury, wysokiego ciśnienia) na właściwości oraz wytrzymałość mikrokapsułek.
Prace [2], [3] poświęcone zostały badaniom struktury mikrokapsułek o kontrolowanym składzie, których wypełnieniem był eikosan (C20), a otoczka zbudowana była z polisiloksanu (PSX). Jako dodatkowy obiekt badań wybrano mikrokapsułki komercyjne o tym samym wypełnieniu, ale nieznanym materiale otoczki, pozyskane z Instytutu Badań Materiałów Tekstylnych w Łodzi.
 |
Rysunek 2. Zdjęcia SEM mikrokapsułek o morfologii typu jądro-otoczka (a), szkieletowej/wielojądrowej (b) i matrycowej (c). Rysunek zaczerpnięto z pracy [3].
Mikrokapsułki wykazywały odmienną budowę morfologiczną, co potwierdzono wykonując zdjęcia SEM (rys. 2). Wyniki badań techniką PALS pozwoliły na rozróżnienie polimerowej otoczki i alkanowego wypełnienia oraz umożliwiły identyfikację morfologii mikrokapsułek (rys. 3).
 |
Rysunek 3. Natężenie o-Ps w funkcji temperatury w materiale wypełnienia (eikosanie) mikrokapsułki o budowie szkieletowej.
[1] Zgardzińska, B.; Tydda, M.; Błażewicz, A., JOURNAL OF PHYSICS: CONFERENCE SERIES, 618, 012028, 2015.
[2] Zgardzińska, B., ACTA PHYSICA POLONICA A, 127, 1536-1539, 2015.
[3] Zgardzińska, B.; Filipek, M.; Fortuniak, W.; Mroczek, P., MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS, 177, 79-91, 2016.
