Studies on Heat Diffusion in Selected Conducting Polymers using Probe Beam Deflection and Photoacoustic Techniques

In the present study, radio frequency plasma polymerization technique is used to prepare thin films of polyaniline, polypyrrole, poly N-methyl pyrrole and polythiophene. The thermal characterization of these films is carried out using transverse probe beam deflection method. Electrical conductivity and band gaps are also determined. The effect of iodine doping on electrical conductivity and the rate of heat diffusion is explored.Bulk samples of poyaniline and polypyrrole in powder form are synthesized by chemical route. Open photoacoustic cell configuration is employed for the thermal characterization of these samples. The effect of acid doping on heat diffusion in these bulk samples of polyaniline is also investigated. The variation of electrical conductivity of doped polyaniline and polypyrrole with temperature is also studied for drawing conclusion on the nature of conduction in these samples. In order to improve the processability of polyaniline and polypyrrole, these polymers are incorporated into a host matrix of poly vinyl chloride. Measurements of thermal diffusivity and electrical conductivity of these samples are carried out to investigate the variation of these quantities as a function of the content of polyvinyl chloride.

Evidence for intergranular tunnelling in polyaniline passivated α-Fe nanoparticles

Nanoparticles are of immense importance both from the fundamental and application points of view. They exhibit quantum size effects which are manifested in their improved magnetic and electric properties. Mechanical attrition by high energy ball milling (HEBM) is a top down process for producing fine particles. However, fineness is associated with high surface area and hence is prone to oxidation which has a detrimental effect on the useful properties of these materials. Passivation of nanoparticles is known to inhibit surface oxidation. At the same time, coating polymer film on inorganic materials modifies the surface properties drastically. In this work a modified set-up consisting of an RF plasma polymerization technique is employed to coat a thin layer of a polymer film on Fe nanoparticles produced by HEBM. Ball-milled particles having different particle size ranges are coated with polyaniline. Their electrical properties are investigated by measuring the dc conductivity in the temperature range 10–300 K. The low temperature dc conductivity (I–V ) exhibited nonlinearity. This nonlinearity observed is explained on the basis of the critical path model. There is clear-cut evidence for the occurrence of intergranular tunnelling. The results are presented here in this paper

Controlled amine functionalization and hydrophilicity of a poly(lactic acid) fabric

The surface of PLA fabric has been successfully modified by pulsed plasma polymerization of heptylamine (PPHA) giving increased hydrophilicity and achieving a sufficient level of primary amine functionality (3.5%) for practical application in biotechnology. This is the first report that the density of primary amine (-NH2) in PPHA, quantified by chemical derivatization, can be controlled by selection of pulsed plasma conditions. The duty cycle and the average RF power were the key parameters for achieving both a higher density of primary amine and increased hydrophilicity.

Practical amine functionalization of multi-walled carbon nanotubes for effective interfacial bonding

 Improved methods of functionalizing the surfaces of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) have been investigated. It is shown that a level of primary amines of 2.3%, higher than previously reported for any nitrogen-containing gas plasma treatment, can be achieved using a mixture of N2 and H2, which is preferable to using NH3. Even higher levels (3.5%) of primary amines can be achieved by coating the MWCNTs with a thin layer of plasma polymerized heptylamine. In both cases, the highest levels were achieved using a combined continuous plus pulsed plasma mode which was superior to either continuous wave or pulsed wave alone. The integrity of the MWCNT structure is maintained by the plasma treatments, and the functionalized surface improves the dispersion of the MWCNTs and their interfacial bonding with epoxy, giving superior nanoindentation performance of the composites.

Helium ion irradiation of polymer films deposited from TMS-Ar plasmas

Polymer films synthesized from plasmas of a tetramethylsilane - Ar mixture were modified by irradiation with 170 keV He ions at fluences ranging from 1 x 10(14) to 1 x 10(16) cm(-2). As revealed by infrared spectroscopy, the ion beam produced intense bond rearrangements, such as the depletion of bonding groups (C-H and Si-H), and induced the formation of new ones, such as O-H and Si-O. From the nanoindentation measurements, a remarkable increase in the surface hardness of the films was observed as the ion fluence was increased. The increases in hardness were accompanied by an increase in the film compaction as shown by using a combination of RBS and film thickness measurements. From both hardness and infrared measurements A was concluded that, under the He ion bombardment, the polymer structure is transformed into a silicon oxycarbide network.

Controlled fluorination of a-C:F:H films by PECVD of ethylene-hexafluorobenzene mixtures

Highly fluorinated plasma polymers are chemically inert,acid resistant and have low friction coefficients, thereby being useful in chemical laboratories and for tribological applications. Here we report the plasma polymerization of ethylene-hexafluorobenzene mixtures by PECVD. The principal parameter of interest is the proportion of C(6)F(6) in the feed, R(F). Films were analyzed using near-normal and grazing-angle Infrared Reflection Absorption Spectroscopy (IRRAS), the latter being particularly useful for detecting modes not usually observed at near-normal incidence. The presence of CH and CF(x) (x=1 to 2) groups was thus confirmed in films deposited with R(F)>= 40%. Depending on R(F) IRRAS also revealed the presence of -CH(x) (x=1 to 3) -C=C, -C=O and phenyl rings. Deconvolution of C is spectra obtained by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) confirmed the presence of CH, CF and CF(2) groups in films deposited with R(F)>= 40%. Atomic ratios of F:C calculated from the XPS spectral data show that the degree of fluorination rises with increasing RF Some unbound fluorine is present in the films. Post-deposition reactions account for the presence of oxygen (similar to 5%) in the films. Surface energies, determined from contact angle measurements, fall with increasing R(F). (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Perfil de índices de refração do cristalino humano: simulação computacional

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Biomimese biologischer Membranen: Konzeptionierung, Synthese und biophysikalische Charakterisierung einer Hierarchie festkörpergestützter Mimikry biologischer Membranen

Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei neue Modelle zur funktionellen Mimiese biologischer Membranen im Bereich der Bionanotechnologie entwickelt. Um den Rahmen der notwendigen Faktoren und Komponenten für biomimetische Membranmodelle abzustecken, wurde das biologische Vorbild im Bezug auf Zusammensetzung, Organisation und Funktion analysiert. Die daraus abgeleiteten Erkenntnisse erlauben das Erreichen von biologisch relevanten Membranwiderständen im Bereich von mehreren MOhm cm2 und eine gute lokale Fluidität. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer Hierachie unterschiedlich stark von der Festkörperoberfläche entkoppelter Membranen zur Vergrößerung des submembranen Raumes. Diese Ziele konnten realisiert werden. Das auf archaealen Etherlipiden basierende DPTL-System wurde analog dem biologischen Vorbild stereoselektiv synthetisiert und ist in der Lage die Membran bei maximaler Elongation des TEG-Spacers mit mehr als 2 nm von der Oberfläche zu entkoppeln. Die erzielten Wiederstände liegen im hohen ein- bis zweistelligen MOhm-Bereich, die Kapazität entspricht mit 0,5 µF cm-2 ebenfalls dem Wert biologischer Membranen. Die Membraneigenschaften wurden mit Hilfe von SPS, EIS, IR-Spektroskopie, QCM, AFM und Kontaktwinkelmessungen charakterisiert. Die Funktionalität und lokale Fluidität der DPTL-Membran konnte anhand des Valinomycin vermittelten K+-Transports über die Membran gezeigt werden. Fluide Elektroden oder laterale Verdünnung mit TEGL erlauben den Einbau größerer Ionenkanäle. Lipo-Glycopolymere (LGP) mit unterschiedlichen Kettenlängen wurden mit Hilfe der kontrollierten radikalischen Polymerisation mit einer PD < 1.2 synthetisiert. Es zeigte sich, daß die Vororientierung der LGPs auf dem LB-Trog, gefolgt von einem LB-Übertrag auf einen funktionalisierten Träger mit photoreaktivem SAM, nach Belichten des Systems zu einer verlässlichen kovalenten Anbindung der supramolekularen LGP-Architektur führt. Da die Lipo-Glycopolymerketten am Glycopolymerterminus nur mit oberflächennahen Repetiereinheiten an die photoaktivierte Oberfläche binden, sind sie in der Lage Oberflächenrauhigkeiten des Festkörpersubstrates auszugleichen. Die photochemische Immobilisierung von funktionell orientierten supramolekularen LGP-Architekturen auf Goldoberflächen resultiert in tBLMs mit großen vertikalen Enkopplungen der Membran von der Festkörperoberfläche (>8 nm). Der funktionelle Ionentransport von Kaliumionen durch Valinomycin zeigt eine ausreichende lokale Fluidität der Membran die mit einem guten Membranwiderstand (mehrere MOhm) kombiniert ist. Große Membran-Oberflächenentkopplungen konnten mit Hilfe plasmapolymerisierter elektrophiler Polymere erreicht werden. Filmdicken von 50 nm sind mit homogener Oberfläche und Rauhigkeiten im Bereich von Nanometern möglich. Das System zeigt interessante fluide Eigenschaften mit guten Erholungsraten bei FRAP-Experimenten (Diffusionskonstanten von etwa 17 mikro m2 s-1). Die elektrischen Eigenschaften liegen mit Widerständen von wenigen kOhm unterhalb der für gute Membranmimikrie notwendigen Werte. Erstmalig konnte gezeigt werden, daß mit Hilfe dieser Methode inerte Polymere/Plastikträger (zum Beispiel Polypropylen und TOPAS) in effizienter Weise kovalent mit reaktiven Polymeroberflächen modifiziert werden können (Anwendung als DNA-Chip ist beschrieben).

Functional polymer coatings — My-Patterning and My-Analysis

In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.

Complex permittivity measurements of RF plasma polymerized polyterpenol organic thin films employing split post dielectric resonator

In the fields of organic electronics and biotechnology, applications for organic polymer thin films fabricated using low-temperature non-equilibrium plasma techniques are gaining significant attention because of the physical and chemical stability of thin films and the low cost of production. Polymer thin films were fabricated from non-synthetic terpinen-4-ol using radiofrequency polymerization (13.56 MHz) on low loss dielectric substrates and their permittivity properties were ascertained to determine potential applications for these organic films. Real and imaginary parts of permittivity as a function of frequency were measured using the variable angle spectroscopic ellipsometer. The real part of permittivity (k) was found to be between 2.34 and 2.65 in the wavelength region of 400–1100 nm, indicating a potential low-k material. These permittivity values were confirmed at microwave frequencies. Dielectric properties of polyterpenol films were measured by means of split post dielectric resonators (SPDRs) operating at frequencies of 10 GHz and 20 GHz. Permittivity increased for samples deposited at higher RF energy – from 2.65 (25 W) to 2.83 (75 W) measured by a 20-GHz SPDR and from 2.32 (25 W) to 2.53 (100 W) obtained using a 10-GHz SPDR. The error in permittivity measurement was predominantly attributed to the uncertainty in film thickness measurement.

PLASMA-INDUCED GRAFTING OF STYRENE ONTO NASCENT POLYETHYLENE POWDER

In this paper, the graft copolymers of styrene to nascent linear polyethylene reactor powders were prepared through plasma graft polymerization. The grafting reaction was initiated by the alkyl radicals formed on the surface of nascent polyethylene with plasma treatment as indicated by electron spin resonance spectra. In graft copolymerization by alkyl radicals, the grafting yield increased with either the plasma power or the plasma treatment lime. Compared with ordinary polyethylene powders, nascent polyethylene reactor powders were found to be more easily plasma-grafted. This has been attributed to the greater sensitivity to irradiation in producing reactive centres under the same conditions. High density polyethylene showed almost the same grafting yield as linear low density polyethylene at 50 degrees C. The surface morphology of nascent polyethylene observed by scanning electron microscope before and after the grafting showed that the silk-like fibrils were not destroyed by plasma treatment.

A DIFFERENTIAL SCANNING CALORIMETRY STUDY OF PLASMA IRRADIATION GRAFTING OF NASCENT POLYETHYLENE REACTOR POWDER

The melting behavior of poly(methyl methacrylate)-grafted nascent polyethylene reactor powder by plasma irradiation was studied by differential scanning calorimetry (DSC). The grafting yield ranged hom 11 to 190%. Grafting was found to lower both melting point and heat of fusion during the first run of DSC determination. The heat of fusion was used to calculate the apparent grafting yield of the samples. There was little strain induced by plasma-irradiated grafting on the surface of the polyethylene crystals. A method to determine the covalent grafting yield in the graft copolymer systems was developed. (C) 1995 John Wiley & Sons, Inc.

3-Deoxyfructose concentrations are increased in human plasma and urine in diabetes

3-Deoxyglucosone (3-DG) is a reactive dicarbonyl sugar thought to be a key intermediate in the nonenzymatic polymerization and browning of proteins by glucose. 3-DG may be formed in vivo from fructose, fructose 3-phosphate, or Amadori adducts to protein, such as N epsilon-fructoselysine (FL), all of which are known to be elevated in body fluids or tissues in diabetes. Modification of proteins by 3-DG formed in vivo is thought to be limited by enzymatic reduction of 3-DG to less reactive species, such as 3-deoxyfructose (3-DF). In this study, we have measured 3-DF, as a metabolic fingerprint of 3-DG, in plasma and urine from a group of diabetic patients and control subjects. Plasma and urinary 3-DF concentrations were significantly increased in the diabetic compared with the control population (0.853 +/- 0.189 vs. 0.494 +/- 0.072 microM, P <0.001, and 69.9 +/- 44.2 vs. 38.7 +/- 16.1 nmol/mg creatinine, P <0.001, respectively). Plasma and urinary 3-DF concentrations correlated strongly with one another, with HbA1c (P <0.005 in all cases), and with urinary FL (P <0.02 and P = 0.005, respectively). The overall increase in 3-DF concentrations in plasma and urine in diabetes and their correlation with other indexes of glycemic control suggest that increased amounts of 3-DG are formed in the body during hyperglycemia in diabetes and then metabolized to 3-DF. These observations are consistent with a role for increased formation of the dicarbonyl sugar 3-DG in the accelerated browning of tissue proteins in diabetes.