Proyección De Imagen de los Materiales de Polímero, Caracterización Avanzada de la Fase de Nanoscale con Bruker SPM

La proyección de imagen de TappingMode ha demostrado ser el modo más versátil de la microscopia atómica de la fuerza (AFM) de las condiciones ambiente donde la presencia de una capa flúida (vapor de agua condensado y otros contaminantes) limita seriamente la aplicabilidad de ambos, modo de contacto y técnicas sin contacto. Venciendo los retos planteados por la fricción, la adherencia, y otras ediciones, TappingMode ha proporcionado a los medios grandemente de ampliar aplicaciones del AFM. La Proyección De Imagen de la Fase es una extensión importante de la proyección de imagen de TappingMode. Proyectando la fase del voladizo oscilante, la proyección de imagen de la fase va más allá de la correspondencia topográfica simple. El Ser sensible a las variaciones en la adherencia y la viscoelasticidad, proyección de imagen de la fase puede proporcionar a la información sobre la composición de la muestra y la separación del microphase.

La proyección de imagen de la Fase puede revelar las separaciones del microphase que ocurren en copolímeros de bloque. La Obtención de esta información con técnicas alternativas implica complicaciones, tales como substancia química que mancha para TEM. Con proyección de imagen de la fase de TappingMode, el AFM puede proporcionar a la visualización del modelo de la separación del microphase directamente de las imágenes obtenidas en condiciones ambiente de un fi fino no tratado lm. El Cuadro 2 muestra imágenes bifásicas de un copolímero del triblock Picosegundo-b-PB-B-PICOSEGUNDO (PICOSEGUNDO, poliestireno; PB, polibutadieno). Ambos canales muestran sin obstrucción preveído tornillo sin fin-como modelo de la separación del microphase. Los dominios del microphase exhiben un ancho del ~ 35nm. Las laminillas más derechas del PICOSEGUNDO aparecen brillantes en ambos, la topografía (que implica características más altas) y la fase (que implica ángulo de una fase más positiva). Para Que una imagen de la fase refleje diferencias en viscoelasticidad o módulo de un material, las necesidades de la antena del AFM de penetrar el material. Más exacto, las necesidades de la antena de penetrar suffi ciently lejos tales que las acciones recíprocas del tipsample son influenciadas por las propiedades materiales de la capa de interés. En el caso de un Picosegundo-b-PB-b PICOSEGUNDO fi lm, una parte-capa amorfa, Pb-enriquecida está generalmente presente. Así, la combinación de un voladizo suave (e.g., FESP, ~ de k 2-5N/m) con condiciones que golpean ligeramente de la luz no podría destapar el modelo de la separación del microphase. Las Imágenes tales como ésas mostradas en el Cuadro 2 se obtienen generalmente con las condiciones que golpean ligeramente duras, es decir, relaciones de transformación bastante altas de amplitud libre a la amplitud setpoint. Antena que sintoniza en la amplitud moderada (el ~ de la configuración de la ganancia de entrada 8) y el aumento importante de la amplitud voladiza del mecanismo impulsor sobre el enganche, conjuntamente con altos avances de feedback proporcionales, rendirán el resultado deseado.

Cuadro 1. los 5µm (dejados) e imagen (correcta) de la fase 500nm del copolímero del triblock Picosegundo-b-PB-B-PICOSEGUNDO. Las condiciones Suficientemente difícilmente que golpeaban ligeramente han asegurado la penetración de la antena en la capa subsuperficie, donde está presente un modelo wormlike de la separación del microphase como puede ser visto sin obstrucción en ambos canales. Imágenes detectadas con active A Circuito Cerrado.

Pues la proyección de imagen de la fase es sensible a las variaciones locales en propiedades mecánicas, puede permitirse los medios eficientes para proyectar la distribución de componentes en muestras compuestas. El Cuadro 3 las imágenes de la topografía y de la fase de las demostraciones de un polietileno de múltiples capas cruz-seccionado muestrea, integrado por capas alternas de la densidad del cielo y tierra. La imagen de la topografía es dominada por el gran escala, la ondulación de baja fricción de la altura que ha resultado al parecer del cruz-seccionamiento cryomicrotoming. La imagen de la fase tiene un aspecto totalmente diverso, proporcionando sin obstrucción a la información complementaria. La imagen de la fase es dominada por un conjunto de alternancia de galones, representando obviamente la alternancia solicitada en propiedades materiales y así capas componentes. Además, las características finas topográficas son fácilmente evidentes, por ejemplo las gotitas, indicando una superficie de la muestra del envejecimiento. Las gotitas no se distribuyen sin obstrucción aleatoriamente. Bastante, aparecen formar a lo largo de las líneas, rayaduras probablemente pequeñas comunicadas en la muestra por el proceso microtoming.

Cuadro 2. Topografía (dejada) e imagen de la fase (correcta) de una muestra de múltiples capas cryo-microtomed del polietileno. Mientras Que la topografía es dominada por ondulaciones en grande, la fase proporciona a una vista limpia de la estructura acodada. La estructura fina Adicional muestra la presencia de pequeñas gotitas. Talla los 55µm de la Imagen.

Mientras Que la imagen de la fase en el Cuadro 3 proporciona a una correspondencia determinado limpia de los componentes de alternancia de la densidad, las propiedades materiales que difieren pueden también tener un efecto sobre la topografía observada del AFM, dependiendo de la opción del modo de la proyección de imagen, del voladizo, y de otros factores.

Independientemente de la correspondencia compositiva y de la visualización de las separaciones del microphase, la proyección de imagen de la fase puede ayudar en la detección de estructuras finas. El Cuadro 4 muestra imágenes del AFM de una película orientada del polipropileno isotáctico, también conocida como la membrana microporosa Celgard. Ambos, la topografía y organizan sin obstrucción la demostración el modelo de las estructuras brillar orientadas del fi que es característico de esta muestra. Con la escala de la altura total (~ 200nm) dominada por variaciones grandes, estructuras más finas no son evidentes en los datos de la topografía. En cambio, la imagen de la fase revela sin obstrucción el ner del fi, estructuras laminares parcialmente orientadas (~ 20nm de par en par) entre las filas de fibrillas. Pues la señal de la fase es sensible a las desviaciones de la amplitud de la oscilación de la amplitud setpoint, puede servir como técnica de la detección de borde y destaca así tales estructuras finas que se pasen por alto fácilmente en el canal de la topografía.

Cuadro 3. Topografía (dejada) e imagen de la fase (correcta) de Celgard. Mientras Que las estructuras brillar orientadas del fi son evidentes en topografía, la imagen de la fase revela además la estructura laminar del ne del fi. Talla los 3.5µm de la Imagen.

El aspecto de la estructura fina en imágenes de la fase no sólo complementa la sensibilidad a las propiedades materiales. Determinando componentes en muestras compuestas, el aspecto de la estructura fina en socorros de las imágenes de la fase en proyección de imagen compositiva. El Cuadro 5 muestra imágenes de la topografía y de la fase de un vulcanizado termoplástico, de un material de varios componentes que consiste en el polipropileno isotáctico, del caucho, y del rellenador del negro de carbón.

Cuadro 4. Topografía (dejada) e imagen de la fase (correcta) del vulcanizado termoplástico. La imagen de la fase muestra sin obstrucción la estructura fina laminar, indicando el enriquecimiento del componente del polipropileno en esta región. Talla los 7.6µm de la Imagen.

Una estructura fina laminar se puede discernir en la imagen de la topografía y se considera mucho más sin obstrucción en la fase, indicando que esta región está enriquecida en el componente del polipropileno. Otros modos de la proyección de imagen del AFM pueden ayudar a obtener la información adicional sobre esta muestra compuesta. Particularmente, la microscopia de la fuerza eléctrica puede destapar la distribución del material de relleno del negro de carbón cerca de la superficie.

Dos modos de exploración convencionales del AFM - el modo de contacto y el modo sin contacto se han utilizado por algún tiempo con éxito diverso. Cada Uno tiene sus limitaciones, determinado para las muestras delicadas de la proyección de imagen en condiciones ambiente.

El modo de Contacto AFM representa la técnica de proyección de imagen más simple. La muestra se mueve simple lateralmente en relación con la antena tales que la antena está arrastrada a través de la superficie. Mientras Que esta técnica ha sido acertada para muchas muestras, está conforme a desventajas serias. Esencialmente, el movimiento de fricción de la antena combinada con las fuerzas adhesivas de la punta-superficie puede llevar al daño sustancial para sondar y a la muestra, creando los artefactos en la imagen y degradando a menudo la resolución seriamente.

Bajo condiciones del aire ambiente, la mayoría de las superficies son revestidas por una capa flúida, integrada por el agua y otros contaminantes, que es típicamente varios nanómetros densamente. Una punta del AFM que toca esta capa hará un menisco formar y la tensión de superficie tirará de la punta sobre la superficie. Las fuerzas adhesivas Adicionales pueden presentarse de cargas electroestáticas atrapadas (véase el Cuadro 6).

las fuerzas de la Punta-Muestra son así más grandes que el ection voladizo del defl parecería indicar. Correspondientemente, el movimiento lateral durante proyección de imagen del modo de contacto se asocia a fuerzas laterales más grandes, dando por resultado daño severo de la punta o de la muestra o la dislocación involuntaria de adsorbatos superficiales débil limitados. Las fuerzas Capilares pueden ser eliminadas totalmente submersing la muestra y la punta de la antena en líquido. Sin Embargo, las superficies de la muestra son a menudo menos robustas en líquido (e.g., los adsorbatos están limitados más débil) o no son compatibles con un ambiente líquido en absoluto.

Cuadro 6. En el modo de contacto AFM, las fuerzas de la tensión de superficie electroestática y/o de la capa flúida adsorbida llevan a las fuerzas de resistencia laterales destructivas. De la nota de aplicación AN04, Aplicaciones y Tecnología de la Proyección De Imagen de TappingMode. El modo Sin Contacto representa una tentativa de vencer las fuerzas perjudiciales de la punta-superficie asociadas a modo de contacto. Lamentablemente, las condiciones del aire ambiente son raramente conducentes a la proyección de imagen sin contacto del AFM.

El modo Sin Contacto se basa sobre la detección de las fuerzas atractivas débiles de van der Waals que existen entre la punta y muestrean algunos nanómetros encima de la superficie. Es importante observar que la capa flúida presenta en condiciones ambiente protege parcialmente estas fuerzas y ocupa una gran parte de su rango útil, es decir, cuando está comparado a la operación en vacío ultraalto, donde no hay presente capa flúida. Debido al rango limitado de cualquier fuerza residual de van der Waals, su detección necesita amplitudes muy pequeñas de la oscilación. Al mismo tiempo, un voladizo operatorio en las amplitudes muy pequeñas se atrapa fácilmente dentro de la capa flúida, una vez que toca.

En el caso ideal, sigue habiendo la operación fuera de la capa flúida - y por lo tanto varios nanómetros lejos de la muestra alisan. Las consecuencias son substancialmente resolución degradada (con respecto a TappingMode) y una incapacidad de proyectar variaciones en propiedades mecánicas locales. En la práctica, la antena se drena con frecuencia sobre la superficie y los restos de la muestra atrapados allí mientras que procede el movimiento de exploración, llevando al daño inutilizable de los datos y de la muestra similar a ése causado por modo de contacto.