Si bien la microscopía de fuerza atómica y la microscopía electrónica de barrido han proporcionado información sobre la morfología de las superficies bituminosas en el pasado, no se sabía si la superficie y la composición química se correlacionan entre sí. Sin embargo, la composición química de la superficie es de particular interés porque allí tienen lugar procesos de oxidación, desencadenado por moléculas que contienen oxígeno en el aire, como el ozono, óxidos de nitrógeno o radicales hidroxilo. El proceso de oxidación acelera el envejecimiento del material:el betún se vuelve poroso y se daña.

Por lo tanto, los químicos de materiales Dr. Ayse Koyun y Prof. Hinrich Grothe de TU Wien examinaron la superficie del betún utilizando varios métodos de análisis fisicoquímico y compararon los resultados respectivos entre sí. Los investigadores publicaron los datos el 29 de junio en la revista Informes científicos .

Un material diverso

El betún se produce a partir del petróleo y se utiliza principalmente para la producción de asfalto. Su consistencia depende en gran medida de la temperatura:a altas temperaturas es viscoso y los compuestos químicos más grandes, como los alifáticos, las resinas de petróleo y los asfaltenos se mueven libremente en la masa. Cuando el betún se enfría, sin embargo, el material se solidifica y las moléculas individuales se organizan en patrones característicos. Los análisis ya han demostrado que las llamadas partículas núcleo-capa se forman en la superficie. Estos son compuestos que constan de al menos dos componentes diferentes.

Dado que el asfalto y el betún se utilizan para la construcción de carreteras y para trabajos de impermeabilización, es deseable la mayor vida útil posible del producto. Para ralentizar el envejecimiento del material, reacciones desencadenadas por gases reactivos, la luz y el calor deben minimizarse. "Una vez que comprendamos mejor el comportamiento de oxidación del betún, podemos buscar las medidas adecuadas para prevenir el envejecimiento atmosférico. Esto puede extender la vida útil de un producto de betún por muchos años, ahorro de energía y recursos materiales, "Explica Koyun. En un estudio publicado en Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, ya ha podido mostrar cómo la composición química del betún afecta su proceso de envejecimiento.

La combinación de métodos proporciona nueva información

En estrecha colaboración con la Universidad de Harvard, División Bruker Nano-Surfaces así como IONTOF GmbH, Ayse Koyun, primer autor del estudio, investigó la superficie del betún utilizando tres métodos diferentes:espectroscopia infrarroja a nanoescala basada en la expansión fototérmica (AFM-IR), espectrometría de masas de iones secundarios de tiempo de vuelo (ToF-SIMS) y microscopía de fluorescencia. En combinación, Estos métodos proporcionan información valiosa sobre la naturaleza multifásica de la superficie del betún. "La resolución de los métodos de medición convencionales utilizados para estudiar la composición de la superficie es demasiado baja para la caracterización química. Los dominios individuales de la superficie no se pueden determinar de esta manera, "Koyun explica." Sin embargo, mediante la combinación de diferentes métodos fisicoquímicos, logramos mapear la estructura hasta diez nanómetros ”. El resultado:la superficie es heterogénea. Los hallazgos de los métodos microscópicos y espectroscópicos se correlacionan y pueden interpretarse de manera concluyente.

Se crea una imagen completa

"Por mucho tiempo, el betún era como un rompecabezas sin resolver para nosotros, los químicos de materiales, "dice Hinrich Grothe, jefe del grupo de investigación Química Física de la Atmósfera. "Conocemos muchos detalles, pero hasta ahora no ha sido posible juntarlos en una imagen completa. Sin embargo, la combinación de varios métodos fisicoquímicos, como los aplicamos, finalmente pudo mostrarnos cómo se distribuyen los conjuntos moleculares individuales en el betún "." Esto nos permitió resolver el rompecabezas y completar nuestro conocimiento del betún, "agrega Ayse Koyun, que está completando dos estancias de investigación en la Universidad de Harvard como parte de una beca Marshall y con el apoyo de TU Wien.