精力充沛的材料的毫微米縮放比例熱 Mechano 化工回應的激昂的技巧 AFM 測試使用設備的從 Anasys 儀器

包括的事宜

簡介
實驗
結果和論述
剪裁在精力充沛的材料的無效
對技巧溫度的精力充沛的物質回應
結論

簡介

精力充沛的材料是陳列存儲的化學能嚴重的版本作為熱量和機械能的材料。 精力充沛的材料和進行一個化工分解進程的所有材料之間的第一差別是分解發生的費率。 分解費率取決於一定數量的系數包括微粒特性 (化學成分、範圍,形態學),回應刺激的大小和期限和物質分娩。 對於炸藥,能源被發行的費率和相當數量通常是滿足設立叫作爆炸的一次自立衝擊。 精力充沛的材料經常有毫微米縮放比例 polycrystallinity、無效,並且/或者缺陷,并且廣泛相信 nanoscale 屬性和現象在這些材料內扮演一個關鍵角色在他們的宏觀工作情況。

毫微米縮放比例現象的一個示例在精力充沛的材料的是 『熱點』,是納諾對在精力充沛的材料內的微小等級無效,在精力充沛的物質分解扮演一個關鍵角色。 當顯示在啟動刺激,這些熱點作為在溫度,範圍增長,并且迫使導致暴燃或爆炸的燃燒站點。 無效的形成在精力充沛的材料內的在材料綜合期間不容易地是可控制的,然而有對精力充沛的材料的區分和性能的嚴重的影響。 熱點是,但是精力充沛的材料幾個重要 nanoscale 熱機的屬性之一,都未廣泛地被學習的歸結於缺乏 nanoscale 熱量探測。 Nanodectonics 技術,能啟用精力充沛的材料被改進的設計和根本地產生更加安全和更加強大的炸藥。

此應用註解在與一個激昂的技巧的精力充沛的材料描述局部熱分解,并且顯示技巧溫度的作用對精力充沛的物質回應。

激昂的技巧 AFM (HT-AFM) 是指一個激昂的技巧使用而不是一個正常技巧的所有 AFM 運算。 接近所有 AFM 想像模式 (開發/聯絡/強制數量等) 可能適應一個激昂的技巧產生新的信息附加對這個範例的熱量屬性。 HT-AFM 包括叫作納諾 TA 熱量探測的技術系列,如下解釋。

納諾 TA 熱量探測是結合基本強制顯微學的高空間分辨率想像功能以這個能力評定材料熱量工作情況與 100nm 一個空間分辨率的或改善的一個局部熱分析技術。 常規 AFM 技巧被有一臺嵌入加熱器的特殊納諾 TA 熱量探測替換和是由特殊地被設計的納諾 TA 熱量探測硬件和軟件控制的。 此納諾 TA 熱量探測通過 AFM 的標準想像模式啟用與 nanoscale 解決方法的表面形象化,允許這個用戶選擇特定地點熱量評定希望。 這個用戶可能處理探測到局部適用熱在這個期望地點,評定其熱機的回應。

實驗

HT-AFM 和納諾 TA 熱量探測啟用了精力充沛的材料的局部分解的研究。 圖 1 顯示這種基本的實驗配置。 Pentaerythritol Tetranitrate 薄膜 (PETN)準備在厚度 ~250 毫微米在一個載玻片。 當激昂的 AFM 懸臂式技巧瀏覽與精力充沛的材料聯繫,加熱從這個技巧可能導致在精力充沛的物質影片的 nanoscale 熔化並且/或者分解。 執行精力充沛的材料的計量學,兩個在熱量文字前後使用一個冷技巧,是可能的。

圖 1. 實驗設置

結果和論述

剪裁在精力充沛的材料的無效

與一個激昂的技巧的局部熱分解提供控制範圍和無效的空間分辨率一個唯一方法在精力充沛的材料的。 這個能力剪裁綜合無效能啟用新的方式詢問和控制精力充沛的現象。 圖 2 顯示一在 PETN 影片寫的簡單 「+」模式,展示這個技術的高特別決議和註冊表。 對於二條線路中的每一條 「+」,懸臂被暫掛了在 215 ¡ ãC 并且瀏覽在 0.1 Hz 60 秒。 這個功能的深度是嚴密地符合膠片厚度的 ~300 毫微米。 沒有顯而易見的堆積或殘滓,表明在熱量文字期間,材料完全地被分解了或被蒸發了。

圖 2. 使用激昂的技巧被寫的模式

對技巧溫度的精力充沛的物質回應

在精力充沛的物質回應的圖 3 下面顯示技巧溫度的作用。 在此實驗,這個激昂的技巧瀏覽沿著在五個不同溫度的線路。 被測試的低溫, 54 °C,沒有導致在 PETN 的平版印刷的標記。 然而,在 99 °C 和在這個激昂的技巧上能寫到 PETN。 PETN 回應的區域為增長的溫度是寬。 增加的回應區可能歸結於增加的熱化從這個技巧,或者由一種熱機的回應的擴散在 PETN 影片的。 對於區被分解在高溫, PETN 水晶在被分解的區附近引人注意地大於在非限定的範例地區,建議此種評定可能是有用的為學習變老的穀物變粗和在精力充沛的材料。

圖 3. 對不同的技巧溫度的 PETN 回應

第二個實驗 (圖 4.) 測試了瀏覽起反應的材料的費率在 PETN 影片的一個 5 µm 正方形的激昂的技巧。 在圖 4 的圖像,緩慢的掃描只開始了在這個圖像的 「南部」結尾并且移動了 「北部」,一通過這樣這個技巧沒兩次瀏覽在同一個區域。 對於這些實驗,懸臂被加熱了對 215 个 °C。 对第一個實驗,這個激昂的技巧瀏覽在這個範例在 1290 秒。 在之後回應計量學圖裡 4,激昂的許多 PETN 被去除了,但是不同於被分解的線路 Figs. 2 和 3,填寫的某些 PETN 後邊。 此外,看起來,好像 PETN 的多晶的結構安置在南北方向的一個柱狀方式在圖 4。

圖 4. 變化掃瞄速率作用

方形第二 5 的 µm 在 PETN 一新區被寫了,在相同的情況下,除了導致 660 秒的一總掃描時光的一張增加的掃描速度。 對於此第二,較少 PETN 顯著去除了更加快速的實驗,并且 PETN 的柱狀顆粒結構是更加明顯的。 當加熱, PETN 可能通過相變進入 (昇華或融解/蒸發) 氣相或分解。 我們假設 PETN 被熔化了或蒸發了在這個激昂的技巧和隨後 recondensed 在以前瀏覽的區上。 然而,不是所有的材料 recondensed,建議某些 PETN 可能分解了。 recondensed PETN 是主要在技巧掃描開始區域的南部,因為北邊是離開溫度差的激昂的為時。 這個技巧的高溫驅動了液體或遠離技巧的蒸氣 PETN,導致 PETN 在冷靜掃描的南端只凝聚了。

濃縮的 PETN 形成了在南北方向一般在,是工作情況與是的溫度差是一致的最嚴格在這個南北方向的柱狀結構。 較少材料在更長的掃描和更加緩慢的葉尖速度的瀏覽的正方形內凝聚了。 這個激昂的技巧的更久的停留時間可能允許熔化/被蒸發的 PETN 更遠從這個熱源散開。 操作多晶的精力充沛的材料微小/nanostructure 的此技術能用於學習現象例如擴散費率和導致受控 nanoscale 功能任意形狀和空間調查在無效和針對的晶子之間的傳送。

結論

此應用註解通過激昂的技巧 AFM (HT-AFM) 介紹測試的精力充沛的材料的毫微米縮放比例熱 mechano 化學製品回應新的方法。 熱化學回應在薄膜材料可以導致被控制探測的溫度。 實驗調查在範圍、形狀、間隔和各向異性現象基礎上的這種熱化學回應的傳送。 此技術能用於調查在所有水晶或多晶的材料的熱物理現象。 這個能力操作多晶的材料微小/nanostructure在精力充沛的材料之外的各種各樣的 nanomaterials 能用於學習現象例如擴散費率,相變,并且執行石版印刷。

來源: 精力充沛的材料激昂的技巧 AFM : 納諾dectonics
作者: 威廉 P. Ph.D 國王。
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Anasys 儀器

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

Last Update: 13. June 2013 17:38

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