Prediction of inter-particle adhesion force from surface energy and surface roughness

Fine powder flow is a topic of great interest to industry, in particular for the pharmaceutical industry; a major concern being their poor flow behavior due to high cohesion. In this study, cohesion reduction, produced via surface modification, at the particle scale as well as bulk scale is addressed. The adhesion force model of Derjaguin-Muller-Toporov (DMT) was utilized to quantify the inter-particle adhesion force of both pure and surface modified fine aluminum powders (∼8 μm in size). Inverse Gas Chromatography was utilized for the determination of surface energy of the samples, and Atomic Force Microscopy was utilized to evaluate surface roughness of the powders. Surface modification of the original aluminum powders was done for the purpose of reduction in cohesiveness and improvement in flowability, employing either silane surface treatment or dry mechanical coating of nano-particles on the surface of original powders. For selected samples, the AFM was utilized for direct evaluation of the particle pull-off force. The results indicated that surface modification reduced the surface energy and altered the surface nano-roughness, resulting in drastic reduction of the inter-particle adhesion force. The particle bond number values were computed based on either the inter-particle adhesion force from the DMT model or the inter-particle pull-off force obtained from direct AFM measurements. Surface modification resulted in two to three fold reductions in the Bond number. In order to examine the influence of the particle scale property such as the Bond number on the bulk-scale flow characterization, Angle of Repose measurements were done and showed good qualitative agreements with the Bond number and acid/base surface characteristics of the powders. The results indicate a promising method that may be used to predict flow behavior of original (cohesive) and surface modified (previously cohesive) powders utilizing very small samples

Bromination of double-walled carbon nanotubes

Double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) synthesized by catalytic chemical vapor deposition (CCVD) have been functionalized by bromine vapor at room temperature. At least two different bromine species were detected in the product using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and thermal gravimetric analysis. The primary form is negatively charged Br2 molecules exhibiting an intense resonance at ∼238 cm−1 in the Raman spectrum. The electron transfer from the nanotubes to the adsorbed molecules is detected from C 1s XPS and near-edge X-ray absorption fine structure spectra. The optical absorption spectra reveal that although the metallic nanotubes are more reactive to Br2, the outer semiconducting nanotubes also readily interact with Br2 adsorbates. The secondary bromine form is attributed to covalent C-Br bonding, and its possible sources are discussed in the light of quantum-chemical calculations. Analysis of the XPS, Raman, and optical absorption spectra of the Br-DWCNTs annealed at 100-170 ° C indicates preservation of a part of bromine molecules in samples that affects the electronic and vibration properties of nanotubes

Progrès récents dans l'utilisation de la Chromatographie Gazeuse Inverse pour la détermination des propriétés acide-base des surfaces solides

La chromatographie Gazeuse Inverse (CGI) s'avère comme une méthode de choix pour l'étude des solides divisés, mais aussi de fibres. Après avoir rappelé quelques principes de base de la CGI, les avantages de la méthode comme la facilité de mise en oeuvre, sa rapidité..., nous soulignerons ses limites qui sont essentiellement à attribuer à l'hétérogénéité énergétique des surfaces solides. Finalement, nous décrirons une nouvelle approche de l'acidité et de la basicité de surface grâce à l'utilisation des concepts de topologie des molécules employées pour sonder la surface. Des résultats expérimentaux obtenus au Laboratoire, mais aussi tirés de la littérature et concernant la silice, l'oxyde de titane, la poly(méthacrylate de méthyle) et les fibres de poly(éthylène), permettent d'illustrer la pertinence de la méthode proposée

Suivi par chromatographie gazeuse inverse de la transformation de la goethite en hématite au cours d'un traitement thermique

La chromatographie Gazeuse Inverse (CGI) s'avère comme une méthode de choix pour l'étude des propriétés de surface de solides divisés et des modifications qui accompagnent les traitements auxquels on les soumet. Dans cette étude, la CGI est utilisée pour suivre les variations des propriétés de surface (énergie d'adsorption des alcanes, nanomorphologie, caractère acide-base) se produisant lors de la transformation de la goethite en hématite consécutive à un traitement thermique

Étude par chromatographie gazeuse inverse, à concentration finie, des propriétés de surface d'échantillons obtenus par traitement thermique de la goethite : distribution des sites d'adsorption des alcanes

La chromatographie Gazeuse Inverse (CGI), à concentration finie, a été utilisée pour évaluer les propriétés de surface d'échantillons d'hématite obtenus par traitement thermique de la goethite. A partir des isothermes d'adsorption des alcanes, on détermine la courbe de distribution des sites de surface en fonction de l'énergie d'adsorption de molécules sondes. On montre que ces courbes évoluent en fonction du traitement thermique de la goethite et traduisent une importante modification de surface de l'hématite formée après un chauffage à 500 ○C