Anasys の器械からの装置を使用して精力的な材料のナノメーターのスケールの熱の Mechano の化学応答の熱くする先端 AFM のテスト

カバーされるトピック

導入
実験
結果および議論
精力的な材料のボイドを合わせること
先端温度への精力的で物質的な応答
結論

導入

精力的な材料は熱および力学的エネルギーとして保存された化学エネルギーの劇的なリリースを表わす材料です。 精力的な材料と化学分解プロセスを経る材料間の主な違いは分解が発生するレートです。 分解のレートは粒子の特性 (化学成分、サイズ、形態) を含むいくつかの要因によって、反作用の刺激の大きさおよび持続期間、および物質的な拘束定められます。 爆薬のために、解放されるエネルギーのレートそして量は普通爆発として知られている自立した衝撃を確立して十分です。 精力的な材料に頻繁にナノメータースケールの polycrystallinity、ボイド、および/または欠陥があり、これらの材料内の nanoscale 特性そして現象がマクロスコピック動作の重要な役割を担うと広く考えられています。

精力的な材料のナノメータースケール現象の 1 つの例は 「ホットスポットです」、精力的で物質的な分解の重要な役割を担う精力的な材料内のマイクロスケールボイドに nano です。 開始の刺激に露出されたとき、これらのホットスポットはと同時に温度、サイズで育ち、爆燃か爆発への導に圧力をかける点火のサイト機能します。 精力的な材料内のボイドの形成は容易に材料の統合の間に制御可能でが、精力的な材料の感度そしてパフォーマンスの劇的な影響があります。 ホットスポットはどれも nanoscale の熱プローブの欠乏が広く調査された原因の精力的な材料の複数の重要な nanoscale の加工熱の特性の 1 つありますが。 Nanodectonics の技術は、精力的な材料の改善されたデザインを可能にし、最終的により安全で、より強力な爆薬をもたらすことができます。

このアプリケーションノートは熱くする先端の精力的な材料でローカル熱分解を記述し、精力的で物質的な応答に対する先端温度の効果を示します。

熱くする先端 AFM (HT-AFM) は熱くする先端が正常な先端の代りに使用される AFM 操作を示します。 ほぼどの AFM イメージ投射モード (/接触/力ボリュームの等叩くこと) でもサンプルの熱特性に結ばれる新しい情報をもたらすために熱くする先端を取り扱うことができます。 HT-AFM は後で説明される nano TA 熱プローブとして知られている技術の系列を含んでいます。

Nano TA 熱プローブは 100nm の空間分解能の材料の熱動作を測定するか、またはよくする機能と原子力の顕微鏡検査の高い空間分解能イメージ投射機能を結合するローカル熱分析の技術です。 慣習的な AFM の先端は埋め込まれたヒーターがある取替えられ、特に設計されていた nano TA 熱プローブのハードウェアおよびソフトウェアによって制御されます特別な nano TA 熱プローブと。 この nano TA 熱プローブは AFM の標準イメージ投射モードによってユーザーが熱測定が望まれる特定の位置を選ぶことを可能にする nanoscale の解像度の表面の視覚化を可能にします。 ユーザーは加工熱の応答を測定する望ましい位置で局部的に熱を適用することにプローブを指示するかもしれません。

実験

HT-AFM および nano TA 熱プローブは精力的な材料のローカル分解の調査を可能にしました。 図 1 は基本的な実験構成を示します。 Pentaerythritol Tetranitrate の薄膜は (PETN)スライドガラスの ~250 nm の厚さで準備されました。 熱くする AFM の片持梁先端が精力的な材料と接触してスキャンされたときに、先端から熱することは精力的で物質的なフィルムの nanoscale の溶かおよび/または分解を誘導できます。 冷たい先端を使用して精力的な材料の度量衡学を行うことは可能熱執筆の前後の両方でした。

図 1. 実験セットアップ

結果および議論

精力的な材料のボイドを合わせること

熱くする先端のローカル熱分解は精力的な材料のボイドのサイズそして空間分解能を両方制御する一義的な方法を提供します。 総合的なボイドを合わせる機能は精力的な現象に質問し、制御する新しい方法を可能にすることができます。 図 2 は PETN のフィルムに書かれる簡単の 「+」パターンを示しま技術の高い特別決議そして登録を示します。 の 2 ラインのそれぞれのために 「+」、片持梁は 215 の ¡ の ãC で保持され、 0.1 Hz で 60 秒の間スキャンされました。 機能の深さは密接にフィルム厚さに一致させた ~300 nm でした。 材料が熱執筆の間に完全に分解するか、または蒸発したことを示す顕著な玉突き衝突または残余がありませんでした。

熱くする先端を使用して書かれている図 2. パターン

先端温度への精力的で物質的な応答

精力的で物質的な応答の図 3 下のショー先端温度の効果。 この実験では、熱くする先端は 5 つの温度のラインに沿ってスキャンされました。 、 54 °C テストされた、低温は PETN の石版マークを作り出しませんでした。 ただし、 99 °C にそして熱くする先端の上に PETN に書けました。 PETN の反作用の領域は増加する温度のためにより広かったです。 高められた反作用領域は先端からの、または PETN のフィルムの加工熱の反作用の拡散による高められた暖房が原因であるかもしれません。 分解された領域の近くで高温で、 PETN の水晶は分解した領域のためにこのタイプの測定が精力的な材料に粗雑になり、老化する穀物を調査するために有用かもしれないことを提案する非修飾サンプル領域でより著しく大きかったです。

異なった先端温度への図 3. PETN の応答

第 2 実験 (図 4.) は PETN のフィルムの 5 つの µm の正方形上の熱くする先端のスキャンによって反応した材料のレートをテストしました。 図 4 の画像では、遅いスキャンは画像の終わりに先端が同じ領域に二度スキャンしなかったこと 「南に」始まり、 1 つのパスだけで 「」、そのような物北に移動しました。 これらの実験のために、片持梁は 215 °C. に熱されました。 最初の実験のために、熱くする先端は 1290 秒のサンプルにスキャンしました。 図 4 の後反作用の度量衡学では、熱くした PETN の多くは Figs. 2 および 3 の分解されたラインとは違って、後ろ記入された PETN のいくつか除去されました。 なお PETN の多結晶性構造が図 4. の南北方向の円柱状の方法で方向づけるように、見えます。

スキャンレートの変化の図 4. 効果

正方形第 2 5 µm は 660 秒の総スキャン時間に起因した増加されたスキャン速度を除いてで PETN の新しい領域、同一の条件の下で、書かれていました。 この第 2 のために、より速い実験は、かなりより少ない PETN 除去され、 PETN の円柱状の粒状組織はさらにもっと明白です。 熱されたとき、 PETN はフェーズ遷移によってガス段階に (昇華か溶解/蒸発) 入るまたは分解できます。 私達は PETN が仮定しましたり、そして前にスキャンされた領域に続いて溶けか、または熱くする先端で蒸発しことを recondensed。 ただし、 PETN のいくつかは分解するかもしれないことを提案するすべての材料が not recondensed。 recondensed PETN は先端スキャンが始まった領域の南に北端が気温傾度を去る熱くする最後だったので大抵です。 先端の高温は液体を運転しましたまたはからの蒸気 PETN は PETN でより涼しかったスキャンの南端だけで起因した先端、凝縮しました。

凝縮させた PETN は南北方向で最も強い気温傾度に一貫している動作である、南北方向に一般にある円柱状の構造を形作りました。 より少ない材料はより長いスキャンおよびより遅い先端速度のためのスキャンされた正方形の内で凝縮しました。 熱くする先端のより長いドウェル時間は熱くするソースから遠くまで拡散するために溶かされた/蒸発させた PETN を可能にするかもしれません。 多結晶性精力的な材料のマイクロ/nanostructure を処理するためのこの技術が拡散のレートのような現象を調査し、任意の形および間隔をあけることの制御された nanoscale 機能を作り出すのにボイドや方向づけられたクリスタライト間の伝搬を調査する使用できます。

結論

このアプリケーションノートは熱くする先端 AFM (HT-AFM) によって精力的な材料のナノメータースケールの熱 mechano 化学薬品の応答をテストするための新しい方法を示します。 熱化学反作用は薄膜材料でプローブの温度の制御によって誘導することができます。 実験はサイズ、形、間隔および異方性に基づいて熱化学反作用の伝搬を調査します。 この技術があらゆる結晶か多結晶性材料の thermophysical 現象を調査するのに使用できます。 多結晶性材料のマイクロ/nanostructure を処理する機能が拡散のレート、フェーズ遷移のような現象を調査するのに使用でき精力的な材料を越えるいろいろ nanomaterials で石版印刷を行います。

ソース: 精力的な材料の熱くする先端 AFM: Nanodectonics
著者: Ph.D 王ウィリアム P。
このソースのより多くの情報のために
Anasys の器械を訪問して下さい

Date Added: May 13, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 21:06

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