Lämmitetty Vihje AFM testaus nanometrin mittakaavassa Thermo Mechano Chemical vastaus Energinen materiaalista käyttäen laitteita Anasys Instruments

:: AZoNanotechnology artikla

Aiheet

Johdanto
Kokeilu
Tulokset ja pohdinta
Tailoring tyhjät energeettisiä aineita
Energinen Materiaali Vastaus Vihje Lämpötila
Johtopäätökset

Johdanto

Energinen Materiaalit ovat materiaaleja, jotka omaavat dramaattinen vapautuminen tallennettu kemiallista energiaa kuten lämpö-ja mekaanisen energian. Ensisijainen ero energinen materiaali sekä materiaalia, joka tapahtuu kemiallinen hajoaminen prosessi on korko, jolla hajoaminen tapahtuu. Hajoaminen määrä määräytyy useista tekijöistä, kuten hiukkasen ominaisuuksia (kemiallinen koostumus, koko, morfologia), suuruudesta ja reaktio ärsyke, ja materiaali synnytyksestä. Räjähdysaineita, osuus ja määrä energiaa vapautuu yleensä riitä osoittamaan omavaraista shokki tunnettu räjähdykseen. Energinen materiaalit usein nanometrimittakaavan polycrystallinity, huokoset, ja / tai vikoja, ja se on yleisesti uskotaan, että nanomittakaavan ominaisuuksista ja ilmiöistä näissä Materiaaleissa on keskeinen rooli niiden makroskooppinen käyttäytymistä.

Yksi esimerkki nanometrimittakaavan ilmiöitä energinen materiaaleja on "hot spotteja", jotka ovat nano-ja mikro-asteikko mitätöi sisällä energinen materiaalia, joilla on keskeinen rooli energinen materiaali hajoaminen. Kun altistuu aloittamisen ärsyke, nämä kuumat kohdat toimivat sytytys sivustoja, jotka kasvavat lämpötilan, koon, ja paine johtaa Deflagraation tai räjähtäminen. Muodostuminen huokosten sisällä energinen materiaali ei ole helposti hallittavissa aikana materiaaleja synteesi, mutta on dramaattisia vaikutuksia herkkyyttä ja suorituskykyä energinen materiaalia. Hot spot on vaan yksi niistä lukuisista tärkeistä nanomittakaavan Termomekaaninen ominaisuuksia energinen materiaaleja, joista yksikään ei ole tutkittu laajasti puutteen vuoksi nanomittakaavan lämpö anturit. Nanodectonics tekniikoita, voisi mahdollistaa parempaa suunnittelua energinen materiaaleja ja lopulta tuottaa turvallisempia ja tehokkaampia räjähteitä.

Tämä sovellus kuvaillaan paikallista Lämpöhajoamisen vuonna energinen materiaalia lämmitetty kärki, ja osoittaa vaikutukset kärjen lämpötilan energinen materiaali vastausta.

Lämmitetty Vihje AFM (HT-AFM) tarkoittaa mitä tahansa AFM toimintaa, jossa lämmitetty kärki sijaan käytetään normaalia kärki. Lähes kaikki atomivoimamikroskoopilla tila (salakuuntelu / Yhteystiedot / Force-Volume jne) mahtuu lämmitetty kärki tuottaa uutta tietoa sidottu lämpö näytteen ominaisuuksista. HT-AFM sisältää perheen tekniikoita tunnetaan nano-TA lämpö anturi , selitetty alla.

Nano-TA lämpö anturi on paikallinen terminen analyysi tekniikka, jossa yhdistyvät korkea erotuskyky kuvantaminen ominaisuuksia atomivoimamikroskooppi kanssa kyky mitata termisen käyttäytymisen materiaalien kanssa erotuskyky 100 nm tai parempi. Perinteisen AFM kärki on korvattu erityisellä nano-TA lämpö anturi , joka on upotettu kiuas ja ohjataan suunniteltu erityisesti nano-TA lämpö anturi laitteita ja ohjelmistoja. Tämä nano-TA lämpö anturi mahdollistaa pinnan visualisoinnin kanssa nanomittakaavan resoluutio kautta AFM vakio kuvantamisen tilat, jonka avulla käyttäjä voi valita tiettyihin paikkoihin, joissa lämpö mittaukset on toivomisen varaa. Käyttäjä voi suoraan mittapään paikallisesti kuumentamalla haluttuun paikkaan, mittaamalla sen termomekaaniset vastausta.

Kokeilu

HT-AFM ja nano-TA lämpö anturi on käytössä tutkimuksia paikallisen hajoamisen energinen materiaaleja. Kuvassa 1 perus kokeellisen kokoonpanon. Ohut pentaerytritolitetranitraatti (PETN) oli valmisteltu paksuus ~ 250 Nm lasilevyllä. Kun lämmitetään AFM ulokkeen kärki oli skannattu yhteydessä energinen materiaalia, lämmitys kärjestä voisi aiheuttaa nanomittakaavan sulaminen ja / tai hajoaminen energinen materiaali elokuva. Se oli mahdollista suorittaa metrologia energinen materiaalia käyttäen kylmä kärki, sekä ennen että jälkeen lämpö kirjallisesti.

Kuva 1. Kokeellinen setup

Tulokset ja pohdinta

Tailoring tyhjät energeettisiä aineita

Paikallinen Lämpöhajoamisen kanssa lämmitetty kärki tarjoaa ainutlaatuisen menetelmän valvoa sekä kokoa ja erotuskyky sekä tyhjät energinen materiaalia. Kyky räätälöidä synteettinen mitätöi voisi mahdollistaa uusia tapoja kuulustella ja ohjaus energinen ilmiöitä. Kuva 2 esittää yksinkertaista "+" kuvio kirjoitettu PETN elokuva, osoittaa korkea erityistä tarkkuutta ja rekisterin tekniikkaa. Jokaiselle kaksi riviä "+" ulokkeen pidettiin 215 ¡AC ja skannattu 0,1 Hz 60 sekuntia. Syvyys ominaisuus oli ~ 300 Nm, joka tarkasti sovitettu kalvonpaksuus. Ei ollut havaittavissa pileuppi tai jäännös, joka osoittaa, että materiaali oli täysin hajonneen tai haihtunut aikana lämpö kirjallisesti.

Kuva 2. Pattern kirjoitetaan lämmitetty kärki

Energinen Materiaali Vastaus Vihje Lämpötila

Kuva 3 käy ilmi vaikutus kärjen lämpötilan energinen materiaali vastausta. Tässä kokeilussa lämmitetty kärki oli skannattu linjoja pitkin viidellä eri lämpötiloissa. Alin lämpötila testattiin, 54 ° C, ei tuottanut litografiset merkki PETN. Kuitenkin 99 ° C ja yli lämmitetty kärki pystyi kirjoittamaan osaksi PETN. Alue PETN reaktio oli laajempi lisätä lämpötilaa. Lisääntynyt reaktio alue on saattanut johtua lisääntyneestä lämmityksen kärjestä tai levittämistä termomekaaninen reaktion PETN elokuva. Niiden alojen hajonnut korkeammassa lämpötilassa, PETN kiteet lähellä hajonnut alue oli huomattavasti suurempi kuin muunneltua näyte alueilla, mikä viittaa siihen, että tällainen mittaus voi olla hyödyllistä tutkia viljan coarsening ja ikääntymisen energinen materiaaleja.

Kuva 3. PETN vastaus eri kärki lämpötiloissa

Toisessa kokeessa (Kuva 4.). Testannut määrä materiaalia reagoi skannaamalla lämmitetty kaadu 5 mikrometriä neliön PETN elokuva. Vuonna kuvia kuva. 4, hidas skannaus alkoi "etelään" loppuun kuvan ja muutti "pohjoisessa" on vain yksi pass siten, että kärki ei skannata samalla alueella kahdesti. Näiden kokeilujen konsoli kuumennettiin 215 ° C. Ensimmäisen kokeilun, lämmitetty kärki skannattu yli näytteen vuonna 1290 sekuntia. Jälkeisessä reaktio metrologia Kuva. 4 paljon PETN että oli lämmitetty poistettiin, mutta toisin hajonnut linjat viikunoita. 2 ja 3, jotkut PETN täytetty takana. Lisäksi näyttää siltä, ​​monikiteisiä rakenne PETN orients vuonna columnar muoti pohjois-eteläsuunnassa kuvassa. 4.

Kuva 4. Vaikutus eri pyyhkäisynopeuden

Toinen 5 mikrometriä aukio oli kirjoitettu tuoretta alueella PETN, samanlaisissa olosuhteissa, lukuun ottamatta kasvanut Skannausnopeus että tuloksena yhteensä skannaus aika 660 sekuntia. Tämän toisen, nopeammin kokeilu, huomattavasti vähemmän PETN poistettiin ja columnar viljaa rakenne PETN näkyy vielä selvemmin. Kuumennettaessa PETN voi joko mennä läpi faasimuutos (sublimaatio tai sulattaa / haihdutus) osaksi kaasufaasissa tai hajoavat. Me hypothesize että PETN oli sulanut tai höyrystyy lämmitetty kärki, ja myöhemmin recondensed kiinni aiemmin skannatun alueen. Kuitenkin kaikki materiaali oli recondensed, mikä viittaa siihen, että jotkut PETN saattaa olla hajonnut. Recondensed PETN on lähinnä eteläosassa alueella, jossa kärki skannaus alkoi, koska pohjoispäässä lämmitettiin viime jättäen lämpötilaeroa. Korkea lämpötila kärki ajoi neste tai höyry PETN päässä kärjestä, mikä johti PETN tiivistetyssä on eteläpäässä tarkistaa vain joka oli viileämpi.

Tiivistetty PETN muodostunut columnar rakenteita, jotka yleensä sijaitsevat Pohjois-etelä-suunnassa, mikä on käyttäytymistä, joka on sopusoinnussa lämpötilaero on voimakkainta pohjois-etelä-suunnassa. Vähemmän materiaalia tiivistetty sisällä skannattu neliön pidemmän skannaus ja hitaampi kärki nopeus. Pidempi viiveaika on lämmitetty kärki on mahdollisesti voinut sulanut / haihtunut PETN levittämään kauempana lämmitetty lähde. Tämä tekniikka manipuloimalla mikro / nanorakenteiden monikiteisiä energinen materiaaleja voitaisiin käyttää tutkimuksessa ilmiöitä kuten diffuusio hinnat ja tuottaa ohjattu nanokoon mielivaltaisen muodon ja välit tutkia eteneminen välillä mitätöi ja / tai suuntautunut crystallites.

Johtopäätökset

Tämä sovellus muistiossa esitetään uusia testausmenetelmiä nanometrimittakaavan Thermo-menettelyn ulkopuolelle kemiallinen reaktio energinen aineiston levittäminen Lämmitetty kärki AFM (HT-AFM). Thermo-kemiallisia reaktioita voi indusoida on ohut materiaalit ohjaamalla lämpötila anturi. Kokeita tutkia leviämistä Thermo-kemiallinen reaktio perustuu koko, muoto, etäisyys, ja anisotropiaa. Tätä tekniikkaa voitaisiin käyttää tutkia thermophysical ilmiöitä tahansa kiteinen tai monikiteisiä materiaalia. Kyky manipuloida mikro / nanorakenteiden monikiteisiä materiaaleja voitaisiin käyttää tutkimuksessa ilmiöitä kuten diffuusio hinnat, faasitransitioiden, ja suorittaa litografia on monenlaisia ​​nanomateriaalien yli energinen materiaaleja.

Lähde: Lämmitetty Tip-AFM energinen Materiaalit: Nano-dectonics
Kirjoittaja: William P. kuningas Ph.D.
Lisätietoja tästä lähde osoitteessa Anasys Instruments