Erhitzte Spitze FLUGHANDBUCH-Prüfung der Nm-Schuppe Thermo Chemischen Antwort Mechano eines EnergieMaterials Unter Verwendung des Geräts von Anasys-Instrumenten

Themen Umfaßt

Einleitung
Experiment
Ergebnisse und Diskussion
Herstellen von Lücken in den EnergieMaterialien
Energische Materielle Antwort zur Spitzentemperatur
Schlussfolgerungen

Einleitung

EnergieMaterialien sind Materialien, die drastische Freigabe der gespeicherten chemischen Energie als thermische und mechanische Energie aufweisen. Der Hauptunterschied zwischen einem Energiematerial und jedem möglichem Material, das einen chemischen Aufspaltungsprozeß durchmacht, ist die Kinetik, an der die Aufspaltung auftritt. Die Aufspaltungskinetik wird durch einige Faktoren einschließlich die Partikeleigenschaften (chemische Zusammensetzung, Größe, Morphologie), die Größe und die Dauer des Reaktionsauslöseimpulss und die materielle Beschränkung bestimmt. Für Sprengstoffe ist die Kinetik und die Menge von Energie freigegeben normalerweise genügend, einen autarken Schock festzulegen, der als Detonation bekannt ist. Energiematerialien haben häufig Nmschuppe polycrystallinity, Lücken und/oder Defekte, und es wird breit geglaubt, dass nanoscale Eigenschaften und Phänomene innerhalb dieser Materialien eine Schlüsselrolle in ihrem makroskopischen Verhalten spielen.

Ein Beispiel von Nmschuppe Phänomenen in den Energiematerialien ist „brenzlige Stellen,“ sind die zu den Mikroskalalücken innerhalb des Energiematerials Nano, die eine Schlüsselrolle in der energischen materiellen Aufspaltung spielen. Wenn sie einem Inbetriebnahmeauslöseimpuls freigelegt werden, dienen diese brenzligen Stellen als Zündungssites, die in der Temperatur, Größe wachsen und das Führen zu eine Verpuffung oder eine Detonation drücken. Die Entstehung von Lücken innerhalb eines Energiematerials ist nicht leicht während der Materialsynthese kontrollierbar, aber hat drastische Auswirkungen auf die Empfindlichkeit und die Leistung des Energiematerials. Die brenzligen Stellen sind aber eins einiger wichtiges nanoscale thermomechanischer Eigenschaften der Energiematerialien, von denen keine weitgehend am Mangel an nanoscale thermischen Fühlern studiertes gelegen haben. Nanodectonics-Techniken, konnten verbesserte Auslegung von Energiematerialien aktivieren und die sichereren und stärkeren Sprengstoffe schließlich erbringen.

Diese Anwendungsanmerkung beschreibt lokale thermische Aufspaltung in einem Energiematerial mit einer erhitzten Spitze und zeigt die Effekte der Spitzentemperatur auf die energische materielle Antwort.

Erhitztes Spitze FLUGHANDBUCH (HT-AFM) spricht jede mögliche FLUGHANDBUCH-Operation an, in der eine erhitzte Spitze anstelle einer normalen Spitze verwendet wird. Fast jeder möglicher FLUGHANDBUCH-Aufnahmemodus (Klopfen/Kontakt/Kraft-Volumen usw.) kann eine erhitzte Spitze anpassen, um die neuen Informationen zu erbringen, die an den thermischen Eigenschaften der Probe gebunden werden. HT-AFM enthält die Familie von den Techniken, die als der thermische Fühler Nano--TA bekannt sind, unten erklärt.

Ist thermischer Fühler Nano--TA eine lokale Technik der thermischen Analyse, die die hohen Ortsauflösungsdarstellungsfähigkeiten der Atomkraftmikroskopie mit der Fähigkeit, das thermische Verhalten von Materialien mit einer Ortsauflösung von 100nm zu messen oder zu verbessern kombiniert. Die herkömmliche FLUGHANDBUCH-Spitze wird durch einen speziellen thermischen Fühler Nano--TA ausgetauscht, der eine eingebettete Heizung hat und wird durch die besonders konstruierten thermischen Kleinteile und die Software des Fühlers Nano--TA gesteuert. Dieser thermische Fühler Nano--TA aktiviert Oberflächensichtbarmachung mit nanoscale Auflösung durch die Standardaufnahmemodi des FLUGHANDBUCHS, die den Benutzer ermöglicht, die spezifischen Einbauorte auszuwählen, in denen thermische Maße gewünscht werden. Der Benutzer verweist möglicherweise den Fühler auf Wärme lokal anwenden am gewünschten Einbauort und misst seine thermomechanische Antwort.

Experiment

Haben thermischer Fühler HT-AFM und Nano--TA Studien der lokalen Aufspaltung der Energiematerialien aktiviert. Abbildung 1 zeigt die grundlegende experimentelle Konfiguration. Ein Dünnfilm von Pentaerythritol Tetranitrate (PETN) wurde an einer Stärke von ~250 nm auf einem Objektträger vorbereitet. Als die erhitzte freitragende Spitze FLUGHANDBUCHS in Verbindung mit dem Energiematerial gescannt wurde, könnte das Heizen von der Spitze nanoscale Schmelzen und/oder Aufspaltung im energischen materiellen Film verursachen. Es war möglich, Metrologie des Energiematerials unter Verwendung einer kalten Spitze durchzuführen, beide vor und nach thermischem Schreiben.

Abbildung 1. Experimentelle Installation

Ergebnisse und Diskussion

Herstellen von Lücken in den EnergieMaterialien

Lokale thermische Aufspaltung mit einer erhitzten Spitze liefert eine eindeutige Methode der Steuerung der Größe und der Ortsauflösung von Lücken im Energiematerial. Die Fähigkeit, synthetische Lücken herzustellen konnte neue Methoden aktivieren, Energiephänomene zu verhören und zu steuern. Abbildung 2 zeigt ein einfaches „+“ das Muster, das in den PETN-Film geschrieben wird und demonstriert den hohen Sonderbeschluss und das Register der Technik. Für jede der zwei Zeilen von „+,“ wurde der Kragbalken bei 215 ¡ ãC angehalten und gescannt bei 0,1 Hz auf 60 Sekunden. Die Tiefe des Merkmals war ~300 nm, die nah die Dicke übereinstimmten. Es gab keine wahrnehmbare Massenkarambolage oder Rückstand und anzeigte, dass das Material vollständig während des thermischen Schreibens zerlegt oder verdunstet wurde.

Abbildung 2. Muster geschrieben unter Verwendung der erhitzten Spitze

Energische Materielle Antwort zur Spitzentemperatur

Abbildung 3 untengenannte Shows der Effekt der Spitzentemperatur auf der energischen materiellen Antwort. In diesem Experiment wurde die erhitzte Spitze nach Grundsätzen bei fünf verschiedenen Temperaturen gescannt. Die niedrigste geprüfte Temperatur, °C 54, produzierte kein lithographisches Kennzeichen auf dem PETN. Jedoch bei °C 99 und über der erhitzten Spitze war in der Lage, in das PETN zu schreiben. Die Region von PETN-Reaktion war für zunehmende Temperatur breiter. Der erhöhte Reaktionsbereich gelegen möglicherweise an erhöhter Heizung von der Spitze oder durch Diffusion einer thermomechanischen Reaktion im PETN-Film. Für die Bereiche, die bei den höheren Temperaturen zerlegt wurden, waren die PETN-Kristalle nahe dem zerlegten Bereich merklich größer als in den unveränderten Beispielregionen und vorschlugen, dass dieses Baumuster des Maßes möglicherweise für das Studieren des Kornes nützlich ist, das in den Energiematerialien vergröbert und altert.

Abbildung 3. PETN-Antwort zu den verschiedenen Spitzentemperaturen

Ein zweites Experiment (Feige 4.) prüfte die Kinetik des Materials reagiert, indem es die erhitzte Spitze über einem 5 µm Quadrat des PETN-Filmes scannte. In den Bildern von Fig. 4, fing der langsame Scan am „südwärts“ Ende des Bildes an und bewegte sich „nördlich,“ in nur einen Durchlauf so, dass die Spitze nicht über der gleichen Region zweimal scannte. Für diese Experimente wurde der Kragbalken zu 215 °C. geheizt. Für das erste Experiment scannte die erhitzte Spitze in den Beispielim jahre 1290 Sekunden. In der Nachreaktion Metrologie von Fig. 4, wurde viel des PETN, das erhitzt war, aber anders als die zerlegten Zeilen von FIGS. 2 und 3, einiges des PETN gelöscht, das hinten ausgefüllt wurde. Außerdem scheint es, als ob die polykristalline Zelle des PETN auf eine Säulenform in der Nord-Südrichtung in Feige sich orientiert. 4.

Abbildung 4. Effekt des Unterschieds von Scan-Kinetik

Ein zweites quadratisches µm 5 wurde auf einen neuen Bereich von PETN, unter identischen Bedingungen, außer einer erhöhten Scangeschwindigkeit geschrieben, die eine Gesamtscan-Zeit von 660 Sekunden ergab. Für dieses zweite wurde schnelleres Experiment, beträchtlich weniger PETN gelöscht und das Säulenkorngefüge des PETN ist sogar offensichtlich. Wenn es geheizt wird, kann das PETN entweder einen Phasenübergang (Sublimation oder Schmelze/Verdampfung) in die Gasphase durchlaufen oder zerlegen. Wir nehmen an, dass das PETN geschmolzen wurde oder an der erhitzten Spitze verdunstete, und recondensed nachfolgend auf den vorher gescannten Bereich. Jedoch recondensed das nicht ganzes Material hat, das vorschlägt, dass einiges möglicherweise des PETN zerlegt. Das recondensed PETN ist größtenteils im Süden der Region, in der der Spitzenscan anfing, weil das Nordende das erhitzte Letzte war, das einen Temperaturgradienten verlässt. Die hohe Temperatur der Spitze trieb die Flüssigkeit, oder Dampf PETN weg von der Spitze, die PETN ergab, kondensierte am südlichen Ende des Scans nur, der kühler war.

Das kondensierte PETN bildete Säulenzellen, die im Allgemeinen in der Nord-Südrichtung liegen, die Verhalten ist, das mit dem Temperaturgradienten in Einklang ist, der in der Nord-Südrichtung am stärksten ist. Weniger Material kondensierte innerhalb des gescannten Quadrats für den längeren Scan und langsamere die Spitzendrehzahl. Die längere Verweilzeit der erhitzten Spitze erlaubt möglicherweise geschmolzenes/verdunstetes PETN, um weit von der Wärmequelle zu diffundieren. Diese Technik für die Manipulierung des Mikros/des nanostructure von polykristallinen Energiematerialien konnte verwendet werden, um Phänomene wie Diffusionsgeschwindigkeiten zu studieren und esteuerte nanoscale Merkmale der willkürlichen Form und des Abstandes zu produzieren, Ausbreitung zwischen Lücken und/oder orientierten Kristalliten nachzuforschen.

Schlussfolgerungen

Diese Anwendungsanmerkung stellt neue Methoden für die Prüfung der Nmschuppe Thermo-mechanochemikalie Antwort eines Energiematerials über Erhitztes Spitze FLUGHANDBUCH vor (HT-AFM). Thermochemische Reaktionen können auf den Dünnfilmmaterialien durch die Steuerung der Temperatur des Fühlers verursacht werden. Die Experimente forschen Ausbreitung der thermochemischen Reaktion nach, die auf Größe, Form, Abstand und Anisotrophie basiert. Diese Technik konnte verwendet werden, um thermophysikalische Phänomene in jedem kristallenen oder polykristallinen Material nachzuforschen. Die Fähigkeit, das Mikro/das nanostructure von polykristallinen Materialien zu manipulieren konnte verwendet werden, um Phänomene wie Diffusionsgeschwindigkeiten, Phasenübergänge zu studieren und führt Lithographie in einer großen Vielfalt von Nanomaterials über Energiematerialien hinaus durch.

Quelle: Erhitztes Spitze-FLUGHANDBUCH von EnergieMaterialien: Nano-dectonics
Autor: William P. König Ph.D.
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Date Added: May 13, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 17:52

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