Het Verwarmde Testen van het Uiteinde AFM van de Thermo Chemische Reactie Mechano van de Schaal Nanometer van een Energiek Materiaal die Apparatuur van Instrumenten Anasys Met Behulp Van

Besproken Onderwerpen

Inleiding
Experiment
Resultaten en Bespreking
Het Maken Leegten in Energieke Materialen
Energieke Materiële Reactie op de Temperatuur van het Uiteinde
Conclusies

Inleiding

De Energieke Materialen zijn materialen die dramatische versie van opgeslagen chemische energie als thermische en mechanische energieën tentoonstellen. Het primaire verschil tussen een energiek materiaal en om het even welk materiaal dat een chemisch decompositieproces ondergaat is het tarief waaraan de decompositie voorkomt. Het decompositietarief wordt bepaald door een aantal factoren met inbegrip van de deeltjeskenmerken (chemische samenstelling, grootte, de morfologie), de omvang en de duur van de reactiestimulus, en de materiële beperking. Voor explosieven, volstaan het tarief en de hoeveelheid vrijgegeven energie normaal om een zichzelf onderhoudende die schok te vestigen als ontploffing wordt bekend. De Energieke materialen hebben nanometer-schaal polycrystallinity, vaak leegten, en/of tekorten, en men gelooft wijd dat nanoscale de eigenschappen en de fenomenen binnen deze materialen een belangrijke rol in hun macroscopisch gedrag spelen.

Één voorbeeld van nanometer-schaal fenomenen in energieke materialen is „hete vlekken,“ die aan micro-schaalleegten binnen het energieke materiaal nano- zijn, die een belangrijke rol in energieke materiële decompositie spelen. Wanneer blootgesteld aan een initiatiestimulus, doen deze hete vlekken dienst als ontstekingsplaatsen die in temperatuur, grootte groeien, en druk die tot een deflagratie of een ontploffing leiden. De vorming van leegten binnen een energiek materiaal is niet gemakkelijk controleerbaar tijdens materialensynthese, maar heeft dramatische invloeden op de gevoeligheid en de prestaties van het energieke materiaal. De hete vlekken zijn slechts één van verscheidene belangrijke nanoscale thermomechanische eigenschappen van energieke materialen, geen waarvan uitgebreid wegens het gebrek aan nanoscale thermische sondes is bestudeerd. Technieken van Nanodectonics, konden beter ontwerp van energieke materialen toelaten en uiteindelijk veiligere en krachtigere explosieven opbrengen.

Deze toepassingsnota beschrijft lokale thermische decompositie in een energiek materiaal met een verwarmd uiteinde, en toont de gevolgen van uiteindetemperatuur voor de energieke materiële reactie.

Het Verwarmde Uiteinde AFM (ht-AFM) verwijst naar om het even welke verrichting AFM waar een verwarmd uiteinde in plaats van een normaal uiteinde wordt gebruikt. Bijna kan om het even welke AFM weergavewijze (het onttrekken/contact/kracht-Volume enz.) een verwarmd uiteinde aanpassen om nieuwe die informatie op te brengen aan de thermische eigenschappen van de steekproef wordt gebonden. Ht-AFM omvat de familie van technieken als thermische hieronder verklaarde die sonde nano-Ta worden bekend.

De thermische sonde nano-Ta is een lokale thermische analysetechniek die de hoge ruimtemogelijkheden van de resolutieweergave van de atoomkrachtmicroscopie met de capaciteit combineert om het thermische gedrag van materialen met een ruimteresolutie van 100nm te meten of beter. Het conventionele uiteinde AFM wordt vervangen door een speciale thermische sonde nano-Ta die een ingebedde verwarmer heeft en door de speciaal ontworpen nano-Ta thermische sondehardware en de software gecontroleerd. Deze thermische sonde nano-Ta laat oppervlaktevisualisatie met nanoscaleresolutie door de standaard de weergavewijzen van AFM toe, die de gebruiker toelaat om de specifieke plaatsen te selecteren waar de thermische metingen worden gewenst. De gebruiker kan de sonde aan plaatselijk het toepassen van hitte bij de gewenste plaats leiden, metend zijn thermomechanische reactie.

Experiment

Ht-AFM en heeft de thermische sonde nano-Ta studies van lokale decompositie van energieke materialen toegelaten. Figuur 1 toont de fundamentele experimentele configuratie. Een dunne film van Pentaerythritol Tetranitrate werd (PETN) voorbereid bij een dikte van ~250 NM op een glasplaatje. Toen het verwarmde AFM cantileveruiteinde in contact met het energieke materiaal werd afgetast, kon het verwarmen van het uiteinde nanoscale het smelten en/of decompositie in de energieke materiële film veroorzaken. Het was mogelijk om beide metrologie van het energieke materiaal uit te voeren die een koud uiteinde gebruiken, vóór en na het thermische schrijven.

Figuur 1. Experimentele Opstelling

Resultaten en Bespreking

Het Maken Leegten in Energieke Materialen

De Lokale thermische decompositie met een verwarmd uiteinde verstrekt een unieke methode om zowel de grootte als ruimteresolutie van leegten in het energieke materiaal te controleren. De capaciteit om synthetische leegten te maken kon nieuwe manieren toelaten om energieke fenomenen te ondervragen en te controleren. Figuur 2 toont eenvoudig „+“ patroon die in de film PETN wordt geschreven, de hoge speciale resolutie en de registratie van de techniek aantonen die. Voor elk van de twee lijnen van „+,“ de cantilever werd gehouden bij 215 ¡ ãC en werd afgetast bij 0.1 Herz 60 seconden. De diepte van de eigenschap was ~300 NM dat dicht de filmdikte aanpaste. Er waren geen merkbaar kettingbotsing of residu erop wijzen, die dat het materiaal volledig werd ontbonden of tijdens het thermische schrijven was verdampt.

Figuur 2. Geschreven Patroon gebruikend verwarmd uiteinde

Energieke Materiële Reactie op de Temperatuur van het Uiteinde

Figuur 3 toont hieronder het effect van uiteindetemperatuur op de energieke materiële reactie. In dit experiment, werd het verwarmde uiteinde afgetast volgens lijnen bij vijf verschillende temperaturen. De laagste geteste temperatuur, 54 °C, veroorzaakte geen lithografisch teken op PETN. Nochtans, bij 99 °C en boven het verwarmde uiteinde kon in PETN schrijven. Het gebied van reactie PETN was breder voor het verhogen van temperatuur. Het verhoogde reactiegebied kan toe te schrijven geweest zijn aan het verhoogde verwarmen van het uiteinde, of door verspreiding van een thermomechanische reactie in de film PETN. Voor de gebieden bij hogere temperaturen worden ontbonden, waren de kristallen PETN dichtbij het ontbonden gebied merkbaar groter dan in de ongewijzigde steekproefgebieden voorstellen, die dat dit type van meting nuttig kan zijn om korrelruw maken te bestuderen en in energieke materialen te verouderen dat.

Figuur 3. Reactie PETN op verschillende uiteindetemperaturen

Een tweede experiment (Fig. 4.) testte het tarief van materiaal reageerde door het verwarmde uiteinde over een vierkant 5 µm van de film af te tasten PETN. In de beelden van Fig. 4, begon het langzame aftasten op het „zuiden“ eind van het beeld en bewoog het „noorden,“ in slechts één pas dusdanig dat het uiteinde niet over het zelfde gebied tweemaal aftastte. Voor deze experimenten, werd de cantilever verwarmd aan 215 °C. Voor het eerste experiment, tastte het verwarmde uiteinde over de steekproef in de seconden van 1290 af. In de post-reactiemetrologie van Fig. 4, werd veel van PETN die werd verwarmd verwijderd, maar in tegenstelling tot de ontbonden lijnen van Fign. 2 en 3, enkele erachter ingevulde PETN. Voorts verschijnt het alsof de polycrystalline structuur van PETN op een zuilvormige manier in de noord-zuid richting in Fig. 4 oriënteert.

Figuur 4. Effect van variërend aftastentarief

Een tweede vierkant 5 werd µm geschreven op een vers gebied van PETN, in de identieke omstandigheden, behalve een verhoogde aftastensnelheid dat geresulteerd in een totale aftastentijd van 660 seconden. Voor dit tweede, snellere experiment, werd beduidend minder PETN verwijderd en de zuilvormige korrelstructuur van PETN is duidelijker. Wanneer verwarmd, kan PETN of door een faseovergang (sublimatie of smelten/verdamping) in de gasfase gaan of ontbinden. Wij stellen een hypothese op dat PETN werd gesmolten of bij het verwarmde uiteinde, verdampte en later op het eerder afgetaste gebied recondensed. Nochtans, niet was al materiaal recondensed, wat voorstelt dat enkele PETN kan ontbonden hebben. Recondensed PETN is meestal in het zuiden van het gebied waar het uiteindeaftasten begon omdat het het noordeneind het laatst verlatend een temperatuurgradiënt werd verwarmd. Op hoge temperatuur van het uiteinde dreef de vloeistof of de damp PETN vanaf het uiteinde, dat in PETN resulteerde op het zuidelijke eind van het aftasten wordt gecondenseerd dat slechts dat koeler was.

Gecondenseerde PETN vormde zuilvormige structuren die over het algemeen in de noord-zuid richting liggen, die gedrag is dat met de temperatuurgradiënt die in de noord-zuid richting verenigbaar is het sterkst zijn. Minder materiaal condenseerde binnen het afgetaste vierkant voor het langere aftasten en de langzamere uiteindesnelheid. Langer blijft stilstaan tijd van het verwarmde uiteinde kan gesmolten/verdampte PETN toegestaan hebben om verder uit de verwarmde bron te verspreiden. Deze techniek om de micro/nanostructure van polycrystalline energieke materialen zou te manipuleren aan studiefenomenen zoals verspreidingstarieven en opbrengst gecontroleerde nanoscale eigenschappen kunnen worden gebruikt van willekeurige vorm en het uit elkaar plaatsen om propagatie tussen leegten en/of georiënteerde kristallieten te onderzoeken.

Conclusies

Deze toepassingsnota stelt nieuwe methodes om de nanometer-schaal thermo-mechano-chemische reactie van een energiek materiaal via Verwarmd uiteinde AFM (ht-AFM) voor te testen. De Thermochemische reacties kunnen op de dunne filmmaterialen worden veroorzaakt door de temperatuur van de sonde te controleren. De experimenten onderzoeken propagatie van de thermochemische die reactie op grootte, vorm, het uit elkaar plaatsen, en anisotropie wordt gebaseerd. Deze techniek zou kunnen worden gebruikt om thermofysische fenomenen in om het even welk kristallijn of polycrystalline materiaal te onderzoeken. De capaciteit zou om de micro/nanostructure van polycrystalline materialen te manipuleren aan studiefenomenen zoals verspreidingstarieven worden gebruikt, overgangen kunnen faseren, en lithografie in een grote verscheidenheid van nanomaterials voorbij energieke materialen uitvoeren.

Bron: Verwarmde uiteinde-AFM van Energieke Materialen: Nano-Dectonics
Auteur: William P. King Ph.D.
Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve
Instrumenten Anasys

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

Last Update: 13. June 2013 17:43

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit