精力充沛的材料的毫微米缩放比例热 Mechano 化工回应的激昂的技巧 AFM 测试使用设备的从 Anasys 仪器

包括的事宜

简介
实验
结果和论述
剪裁在精力充沛的材料的无效
对技巧温度的精力充沛的物质回应
结论

简介

精力充沛的材料是陈列存储的化学能严重的版本作为热量和机械能的材料。 精力充沛的材料和进行一个化工分解进程的所有材料之间的第一差别是分解发生的费率。 分解费率取决于一定数量的系数包括微粒特性 (化学成分、范围,形态学),回应刺激的大小和期限和物质分娩。 对于炸药,能源被发行的费率和相当数量通常是满足设立叫作爆炸的一次自立冲击。 精力充沛的材料经常有毫微米缩放比例 polycrystallinity、无效,并且/或者缺陷,并且广泛相信 nanoscale 属性和现象在这些材料内扮演一个关键角色在他们的宏观工作情况。

毫微米缩放比例现象的一个示例在精力充沛的材料的是 ‘热点’,是纳诺对在精力充沛的材料内的微小等级无效,在精力充沛的物质分解扮演一个关键角色。 当显示在启动刺激,这些热点作为在温度,范围增长,并且迫使导致暴燃或爆炸的燃烧站点。 无效的形成在精力充沛的材料内的在材料综合期间不容易地是可控制的,然而有对精力充沛的材料的区分和性能的严重的影响。 热点是,但是精力充沛的材料几个重要 nanoscale 热机的属性之一,都未广泛地被学习的归结于缺乏 nanoscale 热量探测。 Nanodectonics 技术,能启用精力充沛的材料被改进的设计和根本地产生更加安全和更加强大的炸药。

此应用注解在与一个激昂的技巧的精力充沛的材料描述局部热分解,并且显示技巧温度的作用对精力充沛的物质回应。

激昂的技巧 AFM (HT-AFM) 是指一个激昂的技巧使用而不是一个正常技巧的所有 AFM 运算。 接近所有 AFM 想象模式 (开发/联络/强制数量等) 可能适应一个激昂的技巧产生新的信息附加对这个范例的热量属性。 HT-AFM 包括叫作纳诺 TA 热量探测的技术系列,如下解释。

纳诺 TA 热量探测是结合基本强制显微学的高空间分辨率想象功能以这个能力评定材料热量工作情况与 100nm 一个空间分辨率的或改善的一个局部热分析技术。 常规 AFM 技巧被有一台嵌入加热器的特殊纳诺 TA 热量探测替换和是由特殊地被设计的纳诺 TA 热量探测硬件和软件控制的。 此纳诺 TA 热量探测通过 AFM 的标准想象模式启用与 nanoscale 解决方法的表面形象化,允许这个用户选择特定地点热量评定希望。 这个用户可能处理探测到局部适用热在这个期望地点,评定其热机的回应。

实验

HT-AFM 和纳诺 TA 热量探测启用了精力充沛的材料的局部分解的研究。 图 1 显示这种基本的实验配置。 Pentaerythritol Tetranitrate 薄膜 (PETN)准备在厚度 ~250 毫微米在一个载玻片。 当激昂的 AFM 悬臂式技巧浏览与精力充沛的材料联系,加热从这个技巧可能导致在精力充沛的物质影片的 nanoscale 熔化并且/或者分解。 执行精力充沛的材料的计量学,两个在热量文字前后使用一个冷技巧,是可能的。

图 1. 实验设置

结果和论述

剪裁在精力充沛的材料的无效

与一个激昂的技巧的局部热分解提供控制范围和无效的空间分辨率一个唯一方法在精力充沛的材料的。 这个能力剪裁综合无效能启用新的方式询问和控制精力充沛的现象。 图 2 显示一在 PETN 影片写的简单 “+”模式,展示这个技术的高特别决议和注册表。 对于二条线路中的每一条 “+”,悬臂被暂挂了在 215 ¡ ãC 并且浏览在 0.1 Hz 60 秒。 这个功能的深度是严密地符合胶片厚度的 ~300 毫微米。 没有显而易见的堆积或残滓,表明在热量文字期间,材料完全地被分解了或被蒸发了。

图 2. 使用激昂的技巧被写的模式

对技巧温度的精力充沛的物质回应

在精力充沛的物质回应的图 3 下面显示技巧温度的作用。 在此实验,这个激昂的技巧浏览沿着在五个不同温度的线路。 被测试的低温, 54 °C,没有导致在 PETN 的平版印刷的标记。 然而,在 99 °C 和在这个激昂的技巧上能写到 PETN。 PETN 回应的区域为增长的温度是宽。 增加的回应区可能归结于增加的热化从这个技巧,或者由一种热机的回应的扩散在 PETN 影片的。 对于区被分解在高温, PETN 水晶在被分解的区附近引人注意地大于在非限定的范例地区,建议此种评定可能是有用的为学习变老的谷物变粗和在精力充沛的材料。

图 3. 对不同的技巧温度的 PETN 回应

第二个实验 (图 4.) 测试了浏览起反应的材料的费率在 PETN 影片的一个 5 µm 正方形的激昂的技巧。 在图 4 的图象,缓慢的扫描只开始了在这个图象的 “南部”结尾并且移动了 “北部”,一通过这样这个技巧没两次浏览在同一个区域。 对于这些实验,悬臂被加热了对 215 个 °C。 对第一个实验,这个激昂的技巧浏览在这个范例在 1290 秒。 在之后回应计量学图里 4,激昂的许多 PETN 被去除了,但是不同于被分解的线路 Figs. 2 和 3,填写的某些 PETN 后边。 此外,看起来,好象 PETN 的多晶的结构安置在南北方向的一个柱状方式在图 4。

图 4. 变化扫瞄速率作用

方形第二 5 的 µm 在 PETN 一新区被写了,在相同的情况下,除了导致 660 秒的一总扫描时光的一张增加的扫描速度。 对于此第二,较少 PETN 显著去除了更加快速的实验,并且 PETN 的柱状颗粒结构是更加明显的。 当加热, PETN 可能通过相变进入 (升华或融解/蒸发) 气相或分解。 我们假设 PETN 被熔化了或蒸发了在这个激昂的技巧和随后 recondensed 在以前浏览的区上。 然而,不是所有的材料 recondensed,建议某些 PETN 可能分解了。 recondensed PETN 是主要在技巧扫描开始区域的南部,因为北边是离开温度差的激昂的为时。 这个技巧的高温驱动了液体或远离技巧的蒸气 PETN,导致 PETN 在冷静扫描的南端只凝聚了。

浓缩的 PETN 形成了在南北方向一般在,是工作情况与是的温度差是一致的最严格在这个南北方向的柱状结构。 较少材料在更长的扫描和更加缓慢的叶尖速度的浏览的正方形内凝聚了。 这个激昂的技巧的更久的停留时间可能允许熔化/被蒸发的 PETN 更远从这个热源散开。 操作多晶的精力充沛的材料微小/nanostructure 的此技术能用于学习现象例如扩散费率和导致受控 nanoscale 功能任意形状和空间调查在无效和针对的晶子之间的传送。

结论

此应用注解通过激昂的技巧 AFM (HT-AFM) 介绍测试的精力充沛的材料的毫微米缩放比例热 mechano 化学制品回应新的方法。 热化学回应在薄膜材料可以导致被控制探测的温度。 实验调查在范围、形状、间隔和各向异性现象基础上的这种热化学回应的传送。 此技术能用于调查在所有水晶或多晶的材料的热物理现象。 这个能力操作多晶的材料微小/nanostructure在精力充沛的材料之外的各种各样的 nanomaterials 能用于学习现象例如扩散费率,相变,并且执行石版印刷。

来源: 精力充沛的材料激昂的技巧 AFM : 纳诺dectonics
作者: 威廉 P. Ph.D 国王。
关于此来源的更多信息请参观
Anasys 仪器

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

Last Update: 13. June 2013 17:34

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