沥青之谜：科学家利用物理化学分析研究沥青表面

然而，表面的化学成分是特别令人感兴趣的，因为氧化过程发生在那里，由空气中的含氧分子如臭氧、氮氧化物或羟基自由基引发。氧化过程加速了材料的老化 - 沥青变得多孔，并出现损坏。

因此，来自维也纳技术大学的材料化学家Ayse Koyun博士和Hinrich Grothe教授使用各种物理化学分析方法检查了沥青表面，并将各自的结果进行了比较。研究人员于2021年6月29日在《科学报告》杂志上发表了这些数据。

一种多样化的材料

沥青的一致性在很大程度上取决于温度--在高温下，它是粘稠的，较大的化合物，如脂肪族、石油树脂和沥青质在质量中自由移动。然而，当沥青冷却时，材料会凝固，各个分子会以特有的模式排列。分析已经表明，所谓的核壳颗粒在表面形成。这些是由至少两种不同成分组成的复合材料。

由于沥青被用于道路建设以及防水工作，因此希望有尽可能长的产品寿命。为了延缓材料的老化，必须尽量减少由活性气体、光和热引发的反应。“一旦我们更好地了解沥青的氧化行为，我们可以寻找适当的措施来防止大气老化。这可以将沥青产品的寿命延长许多年，节省能源和材料资源，”Koyun解释说。在发表于《 Colloids andSurfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》的一项研究中，她已经能够表明沥青的化学成分如何影响其老化过程。

混合方法提供新信息

在与哈佛大学、Bruker Nano-Surfaces Division以及IONTOF公司的密切合作下，该研究的第一作者Ayse Koyun使用三种不同的方法调查了沥青表面：基于光热扩展的纳米级红外光谱（AFM-IR），飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）和荧光显微镜。结合起来，这些方法对沥青表面的多相性质提供了宝贵的见解。“用于研究表面成分的传统测量方法的分辨率太低，无法进行化学表征。表面的单个域不能以这种方式确定，”Koyun解释说。“然而，通过结合不同的物理化学方法，我们成功地绘制了低至10纳米的结构图。”结果是：该表面是异质性的。显微镜和光谱方法的发现是相关的，可以被确凿地解释。

大气层物理化学研究组组长Hinrich Grothe说：“在很长一段时间里，沥青对我们材料化学家来说就像一个未解之谜。我们知道许多细节，但直到现在还不可能将它们拼凑成一幅完整的图画。然而，正如我们所应用的几种物理化学方法的组合，最终能够向我们展示各个分子组合是如何在沥青中分布的。Ayse Koyun补充说：“这使我们能够解决这个难题，并完成我们对沥青的认识。”