Shimadzu FTIR talk letter vol. 36
Ostatní | 2021 | ShimadzuInstrumentace
Ve světě materiálového inženýrství i analytické chemie hraje klíčovou roli vývoj lehkých, ale zároveň multifunkčních kompozitů a precizní identifikace materiálů. Carbon-fiber-reinforced plastics (CFRP) se stále častěji prosazují v letectví a automobilovém průmyslu pro svou nízkou hmotnost, ale trpí nízkou vodivostí a poškozením při úderech blesku. Současně metody Fourierovy transformace infračervené spektroskopie (FTIR) umožňují rychlou analýzu plastů, od běžných obalů až po mikroplasty, a pokročilé interferometry zajišťují vysokou kvalitu spektroskopických dat, nezávisle na okolních podmínkách.
Významně tak roste poptávka po:
Text kombinuje tři klíčové příspěvky:
Vývoj vodivých kompozitů:
Interferometry FTIR:
Analýza plastů FTIR:
Kompozity CFRP s PANI matricí:
Interferometry FTIR:
FTIR analýza plastů:
Vývoj vodivých CFRP:
FTIR spektroskopie:
Spojením inovativních materiálových přístupů a pokročilé spektroskopie vznikají řešení, která zvyšují funkčnost a udržitelnost kompozitů a plastů. Multifunkční CFRP s vodivými polymery přináší efektivní ochranu proti blesku bez přídavných kovových vrstev, moderní interferometry zajistí spolehlivá FTIR data a specializované knihovny umožňují přesnou identifikaci běžných i degradovaných plastů. Tato kombinace přístupů otevře cestu k lehčím, odolnějším a ekologičtějším materiálům i analytickým protokolům.
FTIR Spektroskopie, Mikroskopie
ZaměřeníPrůmysl a chemie, Materiálová analýza
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Ve světě materiálového inženýrství i analytické chemie hraje klíčovou roli vývoj lehkých, ale zároveň multifunkčních kompozitů a precizní identifikace materiálů. Carbon-fiber-reinforced plastics (CFRP) se stále častěji prosazují v letectví a automobilovém průmyslu pro svou nízkou hmotnost, ale trpí nízkou vodivostí a poškozením při úderech blesku. Současně metody Fourierovy transformace infračervené spektroskopie (FTIR) umožňují rychlou analýzu plastů, od běžných obalů až po mikroplasty, a pokročilé interferometry zajišťují vysokou kvalitu spektroskopických dat, nezávisle na okolních podmínkách.
Významně tak roste poptávka po:
- multifunkčních CFRP kompozitech s integrovanou blesko-ochranou bez těžkých kovových vrstev,
- pokročilých interferometrech pro přesné měření FTIR spekter,
- univerzálních postupech FTIR analýzy plastů pro třídění, recyklaci a detekci degradace.
Cíle a přehled studie / článku
Text kombinuje tři klíčové příspěvky:
- vývoj CFRP kompozitů s intrinsicky vodivým polymerním matricí (polyanilin, PANI),
- popis principů a konstrukční řešení Michelsonových interferometrů pro FTIR spektrofotometry,
- postupy FTIR identifikace běžných a speciálních plastů, včetně biodegradovatelných, biomateriálů a degradovaných vzorků.
Použitá metodika a instrumentace
Vývoj vodivých kompozitů:
- doping polyanilinu (PANI) kyselinou dodecylbenzensulfonovou (DBSA) a cross-linkerem divinylbenzenem (DVB),
- částečné zahřívání a mechanické míchání pro simultánní doping a síťování,
- vyhodnocení dopingu a mechanických vlastností pomocí FTIR (ATR modul), měření vodivosti a blesko-testy na vyrobených CFRP panelech.
Interferometry FTIR:
- klasický Michelsonův interferometr s pohyblivým a pevně ukotveným zrcadlem,
- He-Ne laser pro stabilní měření optické dráhy (IFG sampling ≈314 nm),
- mechanismus dynamického zarovnání zrcadel pro eliminaci fluktuací úhlu zrcadla a zajištění reprodukovatelných IFG.
Analýza plastů FTIR:
- single-reflection ATR spektroskopie (IRSpirit + QATR-S),
- FTIR mikroskopie pro vzorky 10–100 µm (IRTracer-100 + AIM-9000),
- vyhledávání ve standardních komerčních knihovnách, doplněných o specializované databáze pro UV-degradované a tepelně degradované plasty.
Hlavní výsledky a diskuse
Kompozity CFRP s PANI matricí:
- optimalizovaný proces míchání a dopingu vedl k materiálu s vodivostí srovnatelnou s kovovou ochranou,
- blesko-testy ukázaly prakticky žádné poškození oproti standardní epoxy matrix CFRP.
Interferometry FTIR:
- dynamické vyrovnávání zrcadel významně redukuje IFG fluktuace,
- He-Ne detekce a FFT zpracování zaručují vysoké rozlišení (<0,1 % variabilita vzorkování),
- seminář v LIGO potvrzuje, že interferometrie je stále otevřené pole pro pokročilý výzkum.
FTIR analýza plastů:
- identifikace „biomass“ PE tašek a biodegradovatelných škrobových obalů,
- rozeznání PHBH a PP slámek,
- detekce UV a tepelné degradace okenní folie díky specializovaným knihovnám (Plastic Analyzer method package).
Přínosy a praktické využití metody
Vývoj vodivých CFRP:
- snižuje hmotnost a náklady na letecké konstrukce bez těžkých kovových vrstev,
- eliminace rizika galvanické koroze a zjednodušení údržby.
FTIR spektroskopie:
- univerzální metoda pro kontrolu kvality plastů, třídění recyklátů a odhalování degradace,
- rychlá, neinvazivní a vysoce citlivá technika vhodná pro rutinní i výzkumné laboratoře.
Budoucí trendy a možnosti využití
- další optimalizace polymerních matric s cílem zvýšit mechanickou pevnost PANI/CFRP,
- implementace polovodičových laserů v interferometrech pro snížení rozměrů a nákladů,
- rozšíření FTIR knihoven o další typy degradovaných a biologicky rozložitelných plastů,
- automatizované workflow pro analýzu mikroplastů v environmentálních vzorcích,
- kombinace FTIR s dalšími technikami (Raman, NIR) pro komplexní materiálovou charakterizaci.
Závěr
Spojením inovativních materiálových přístupů a pokročilé spektroskopie vznikají řešení, která zvyšují funkčnost a udržitelnost kompozitů a plastů. Multifunkční CFRP s vodivými polymery přináší efektivní ochranu proti blesku bez přídavných kovových vrstev, moderní interferometry zajistí spolehlivá FTIR data a specializované knihovny umožňují přesnou identifikaci běžných i degradovaných plastů. Tato kombinace přístupů otevře cestu k lehčím, odolnějším a ekologičtějším materiálům i analytickým protokolům.
Reference
- V. Kumar, T. Yokozeki et al., Mechanical and electrical properties of PANI-based conductive thermosetting composites, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 34 (2015) 1298.
- T. Yokozeki et al., Development and characterization of CFRP using a polyaniline-based conductive thermoset matrix, Composites Science and Technology, 117 (2015) 277.
- V. Kumar et al., Cationic scavenging by polyaniline: Boon or Bane from synthesis point of view of its nanocomposites, Polymer, 149 (2018) 169.
- Y. Zhou et al., Comparison of semi-doped PANI/DBSA complex achieved by thermal doping and roll-mill process: A new perspective for application, Polymer, 202 (2020) 122723.
- Fourier Transform Infrared Spectroscopy—FT-IR for Chemists, Editor: Jiro Hiraishi, Gakkai Shuppan Center.
- Fundamental and Practical FT-IR, Autor: Mitsuo Tasumi, Tokyo Kagaku Dojin.
- Fee-Incurring Plastic Checkout Bags Starts on July 1, 2020, METI, přístup 12. 11. 2020.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRSpirit-X Series - C103-E418A
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C103-E418A Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRSpirit-X Series IRSpirit , Ready to Run ™ Space-Saving, Expandable • Great for Small Lab Spaces • Standard-Sized Sample Compartment in a Compact Bench FTIR Made Easier • IR Pilot ™ Pre-built Macro Program •…
Klíčová slova
irspirit, irspiritdehumidifier, dehumidifierabs, absedx, edxlabsolutions, labsolutionsinfrared, infraredftir, ftirfourier, fouriertransform, transformspectrophotometer, spectrophotometercontaminant, contaminantfunction, functiondata, datainterferometer, interferometerhumidity
Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRTracer-100
2025|Shimadzu|Brožury a specifikace
C103-E091D Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRTracer-100 High-Sensitivity New Levels of Performance and Quality Created by Excellent Sensitivity, Speed and Resolution Sp Hig h - eed Hig h - Re s o l u tio n Excellent Sensitivity, Speed and Resolution…
Klíčová slova
labsolutions, labsolutionsfilms, filmsanalysis, analysiscontaminant, contaminantdata, dataprogram, programinterferometer, interferometerproject, projectmirror, mirrorthin, thinidentification, identificationtests, testsrubber, rubbermacro, macroholder
Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRSpirit-X Series
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C103-E418A Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRSpirit-X Series IRSpirit , Ready to Run ™ Space-Saving, Expandable • Great for Small Lab Spaces • Standard-Sized Sample Compartment in a Compact Bench FTIR Made Easier • IR Pilot ™ Pre-built Macro Program •…
Klíčová slova
irspirit, irspiritdehumidifier, dehumidifierabs, absedx, edxlabsolutions, labsolutionsinfrared, infraredftir, ftirfourier, fouriertransform, transformspectrophotometer, spectrophotometercontaminant, contaminantfunction, functiondata, datainterferometer, interferometerhumidity
IRSpirit - Fourier Transform Infrared Spectrophotometer
2022|Shimadzu|Brožury a specifikace
C103-E114D Fourier Transform Infrared Spectrophotometer IRSpirit IRSpirit ™, Ready to Run Space-Efficient with High Expandability • Compact FTIR that travels where it's needed. • For sites with only a narrow space available, samples can be measured with the unit positioned…
Klíčová slova
irspirit, irspiritlabsolutions, labsolutionscontaminant, contaminantdata, datafourier, fouriertransform, transformspectrophotometer, spectrophotometerinfrared, infraredplastics, plasticsdamaged, damagedanalysis, analysislibrary, libraryftir, ftirproject, projectcandidate