دقق المجهر -- تطبيق 1000 SmartSPM مجهر المسح التحقيق لأبحاث البوليمرات التي AIST - NT

: : AZoNanotechnology المادة

الموضوعات التي تغطيها

مقدمة
تطبيق فؤاد لأبحاث البوليمرات
SmartSPM من AIST - NT
أمثلة على تطبيق SmartSPM لأبحاث البوليمرات
الأغشية البوليمر
الجزيئية القرار
كتلة بوليمرات
الذاتي تجميعها بوليمر الوسطى هياكل
مواد البوليمرات الضوئية
استنتاج

مقدمة

منذ إدخال المجهر دقق (SPM) تم تطبيقه على بحوث المواد البوليمر. أثبت الفحص المجهري كلا النفقي (STM) والاتصال الميكروسكوب وضع القوة الذرية (AFM) ليكون أداة مفيدة جدا لتحليل البوليمرات البلورية مع القرار الجزيئية. واحدة من المزايا الرئيسية لأكثر من SPM وفؤاد SEM ، وتحديدا للأبحاث البوليمر ، هو أفضل قرار المقدمة من فؤاد. ميزة أخرى كبيرة من خلال الميكروسكوب SPM الجسيمات المشحونة هو إمكانية تنفيذ القرار التصوير عالية من مواد البوليمر معظمها غير موصل "كما هي" ، بدون طلاء البوليمر مع عينة طبقة موصلة ، التي عادة ما تكون ضرورية لوزارة شؤون المرأة.

تطبيق فؤاد لأبحاث البوليمرات

ازدهرت تطبيق AFM للأبحاث البوليمر بعد إدخال أساليب المسح الحيوي (المعروف أيضا باسم وضع semicontact) حيث ناتئ متحمس في ترددها مدوية على اتصال متقطع مع سطح العينة. هذا الوضع يوفر معلومات أكثر تفصيلا ، ليس فقط على تضاريس عينة ، ولكن أيضا على الخواص الميكانيكية والتصاق تلك العينة. لا يفعل ذلك عن طريق تحليل مرحلة التحول من التذبذبات في ناتئ النسبية للاهتزاز الإثارة. إدخال وضع semicontact المسح يسمح أيضا للتحقيق في المواد الناعمة جدا التي لا يمكن استكشافها من قبل وسائل الاتصال أو وضع فؤاد STM.

SmartSPM من AIST - NT

في عام 2007 AIST - NT شركة التي أدخلت على السوق دقق مجهر المسح الضوئي الجديدة التي تمتلك العديد من المزايا الفريدة التي تجعل منه الخيار الأول لأبحاث البوليمر :

• SmartSPM AIST NT - 1000 من ميزات فريدة من نوعها الماسحة الضوئية عالية التردد وجود مجموعة من الخصائص و100x100x15 ميكرون الرنانة التي لا تضاهى (10-20 كيلو هرتز في XY وتصل إلى 40 كيلو هرتز في Z -- وهذه هي حتى الآن أفضل الخصائص في الصناعة). ارتفاع الماسح تردد الرنين يجعل SPM أقل حساسية تجاه الاهتزازات الميكانيكية ويسمح إجراء قياسات أسرع من أي AFM الأخرى. كما يسمح لمراقبة أكثر دقة على مدى التفاعل بلاغ العينة. وهذا الأخير هو مهم جدا لينة القياسات عينة البوليمر.
• لتسجيل انخفاض مستوى الضجيج نظام يقوم على الرقم 1300 ليزر تحت الحمراء يسمح نانومتر قياسات دقيقة من ميزات وجود ارتفاع في النطاق الذي يجعل من الممكن آنغستروم الجزيئية القرار القياسات. استخدام ليزر تحت الحمراء يمكن قياس أكثر دقة من المواد الحساسة للضوء ، وهو أمر ذو أهمية كبيرة لبحوث المواد الضوئية العضوية.
• AIST NT - 1000 في SmartSPM يجعل محاذاة التحقيق والليزر والضوئي سهلة وسريعة واستنساخه ومشغل مستقل. تحقيقات لمعيار التوافق الداخلي عادة ما يستغرق أقل من 45 ثانية! مع AIST NT - 1000 SmartSPM ل استبدال لجنة التحقيق لم يعد عاملا مقيدا في البحوث SPM.
• AIST - NT SmartSPM في 1000 "ليالي اضافية الآمنة ، والإجراءات الهبوط الآلي يسمح بسرعة ، حتى مع هبوط آمن تحقيقات حادة جدا هشة للغاية وهي مطلوبة من أجل التصوير القرار النهائي. مع SmartSPM AIST 1000 - NT و يمكن أن يبدأ التصوير حتى في أعلى دقة في أقل من 5 دقائق من التثبيت من التحقيق.
• AIST - NT لSmartSPM 1000 مصممة لتكون جنبا إلى جنب مع البصريات لأداء فؤاد متزامن ورسم خرائط رامان من العينة وتنفيذ النسب (تلميح المحسن رامان نثر) القياسات ، وبالتالي توفير الباحثون في تحليل المواد الكيميائية التي لها القرار أقل بكثير من الحد الحيود.

أمثلة على تطبيق SmartSPM لأبحاث البوليمرات

الأغشية البوليمر

البوليمرات مثل البولي بروبلين البلورية والبولي ايثلين تلعب دورا بالغ الأهمية في الصناعة الحديثة. تجهيز هذه المواد غالبا ما يؤدي إلى المنتجات النهائية التي لديها ميزات وخصائص رائعة. مثال واحد على مثل هذا المنتج هو غشاء Celgard 2400 الذي يتم انتاجه من مادة البولي بروبيلين الأيزوتاكتيك ويستخدم على نطاق واسع في صناعة البطاريات.

ارتفاع التضاريس والصور المرحلة القرار كل من الغشاء 2400 Celgard حصل مع SmartSPM AIST 1000 - NT و يتم تقديمها في Fig.1.

الشكل 1. 2X2 الطبوغرافيا ميكرومتر (أعلى) وصورة من المرحلة غشاء Celgard 2400. وينظر بشكل واضح والهياكل على حد سواء لييفي صفاحي.

كلا الطوبوغرافيا وصور تكشف عن المرحلة بنية الفيلم : مجموعة من الألياف الموجهة uniaxially قطرها حوالي 20 نانومتر مفصولة فجوات ضيقة من نانومتر عدة هي المسيطرة الطبوغرافيا وميزة وظيفية. هي أيضا 100-300 نانومتر صفاحي المشارب واسعة ، تكونت نتيجة لمراحل تصنيع الصلب خلال الغشاء ، تتراكب مع نظام ييفي رؤيتها بوضوح. يرجع ذلك إلى حلقة مفرغة من سرعة ودقة في 1000 SmartSPM AIST - NT على الماسح الضوئي ، وارتفاع وتيرة الرنين ، فمن الممكن الحصول على صور ذات جودة عالية خالية من القطع الأثرية ذات الصلة رد فعل مبالغ فيه من نظام التغذية المرتدة.

الجزيئية القرار

واحدة من المزايا الرئيسية للSPM عبر SEM هو إمكانية الحصول على صور عالية الدقة للغاية وصولا الى المستوى الجزيئي. في نفس الوقت هذه القياسات تتطلب ضوضاء منخفضة للغاية من نظام القياس جنبا إلى جنب مع مراقبة دقيقة على مدى التفاعل تلميح إلى نموذج القوة المفرطة كما يمكن أن تخل بشكل كبير أو تدميرها تماما النظام خفية الجزيئي للعينات البوليمر.

الشكل 2A ، 2B. 165x165 الطبوغرافيا نانومتر (يسار) والمرحلة (يمين) صور من C ₃₆ H ₇₄ صفاحات على HOPG. وينظر بشكل واضح مع التوجه الجزر المختلفة المشارب صفاحي.

مشاهد من المشارب صفاحي ألكان الخطية H ₃₆ C ₇₄ تترسب على سطح الجرافيت Pyrolithic الموجه الارتحال (HOPG) ، قدم في Fig.2 حصلت في وضع semicontact ، تبين خصائص كل من الضجيج الممتاز لنظام تسجيل SmartSPM AIST 1000 - NT ل والعمل الدقيق لالماسح الضوئي في النطاق الديناميكي الكامل -- تم الحصول على 20 نانومتر بفحص مع الماسح الضوئي وجود مجموعة كاملة 100x100 ميكرون.

وينظر بشكل واضح المشارب صفاحي من ₃₆ جزيئات C ₇₄ H بعد عرض 4،2 نانومتر حتى في مسح 165x165 نانومتر كبيرة نسبيا. يتم حلها بشكل جيد مع المناطق المجاورة اتجاه مختلف المشارب صفاحي سواء في التضاريس والصور المرحلة وليس هناك ضرورة لإجراء التصفية في الفضاء فورييه. من الضروري أيضا أن نلاحظ أنه على الرغم من الصور التي تظهر تضاريس ممتازة على النقيض من ميزات ، ولون الارتفاع الإجمالي النطاق فقط عن 3A ليمسح 80 و 20 نانومتر (الشكل 2C ، 2D).

الشكل 2C. 82x82 الطبوغرافيا نانومتر (يسار) والتخلص من الصور C ₃₆ H ₇₄ صفاحات على HOPG. وينظر بشكل واضح مع التوجه الجزر المختلفة المشارب صفاحي. الحجم الكامل لون كاذبة في صورة والطبوغرافيا 2.5Å

الرقم 2D. 21x21 الطبوغرافيا نانومتر (يسار) وصورة من المرحلة C ₃₆ H ₇₄ صفاحات على HOPG. عرض المشارب صفاحي هو 4.1 نانومتر ، والتي هي في اتفاق جيد مع طول مدد جزيء C ₃₆ H _74.

التصوير القرار الحاسم يتطلب الانجرافات الحرارية المنخفضة جدا / فؤاد الزمني للتسجيل والضوضاء النظام منخفضة. التصوير المشارب صفاحي من الألكانات الخطية هي وسيلة مثالية لنرى كيف هي كبيرة والانجرافات. أخذ يمسح زوايا الميل في 82nm نانومتر و 21 بمعدل تفحص نفسها من 1 هرتز هي 64.6 ° · و63.6 على التوالي والتي تتطابق مع الانجراف في اتجاه X من حوالي 1A في الدقيقة الواحدة. الضوضاء المنخفضة لنظام تسجيل SmartSPM AIST 1000 - NT و يتجلى في تحليل المقطع من التفحص نانومتر 21 (Fig.2e) مما يدل على ان عمق الوضع هو أقل من 1A.

الرقم 2E. ويتجلى في انخفاض مستوى الضجيج من نظام تسجيل AIST AFM - NT في تحليل المقطع من تفحص 21 نانومتر ، مما يدل على عمق الوضع هو أقل من 1A.

ويمكن اعتبار الحدود بين المشارب صفاحي المجاورة التي تتكون من مجموعات ₃ CH على نهايات جزيئات ألكان كلا من الاكتئاب (مثل في Fig.2) أو مرتفعة (Fig.3) في صور التضاريس اعتمادا على القوة التي تمارسها غيض التحقيق بشأن العينة. وتسيطر هذه القوة من خلال الاختيار الدقيق لسعة خالية من الاهتزاز وناتئ قيمة setpoint ويمكن الاحتفاظ بدقة عالية نظرا لاستقرار عالية من SmartSPM AIST 1000 - NT ل .

الشكل 3. 52x52 مسح تضاريس نانومتر من C ₃₆ H ₇₄ صفاحات على HOPG. نتيجة لتفاعل جاذبية لطيف جدا بين تلميح التحقيق والعينة ، وتعتبر الحدود بين المشارب صفاحي المجاورة التي تتكون من مجموعات CH3 مرتفعة.

كتلة بوليمرات

أدى ازدياد الطلب في مجال تكنولوجيات nanopattering رخيصة وجيدة للرقابة في اهتمام كبير من الأوساط البحثية والصناعة للبوليمرات كتلة. مجموعة متنوعة من هياكل التنظيم الذاتي الناتج عن الفصل بين كتل كل منها في هذه البوليمرات يوفر طريقا واعدا لتنميط مرنة على السطوح في nanolevel من خلال ترسب راسخة والتقنيات الضوئية.

وSPM هو أداة مثالية للبحوث توصيف الأفلام كوبوليمر كتلة ، كما ثبت من خلال العديد من المنشورات خلال العقد الماضي. المهم أن حقيقة واحدة يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار في التحليل SPM من بوليمرات كتلة ، وخصوصا منها التي لها كتل مختلفة مع خصائص ميكانيكية كبيرة ، هو الاعتماد الأساسي لقياس تضاريس وعلى النقيض من المرحلة ، وهذه الأخيرة تمثل الخواص الميكانيكية للعينة ، على قيمة القوة المبذولة على الفيلم البوليمر من قبل غيض من التحقيق SPM.

والمثال النموذجي لمثل هذا الاعتماد هو معروف SBS - البوليسترين لبنة لبنة ، البيوتاديين ، كوبوليمر triblock البوليسترين. ومن المعروف جيدا أن الأغشية الرقيقة من هذا النموذج قد كوبوليمر مجموعة متنوعة من الأشكال الصرفية حسب سمك الفيلم ، وطبيعة الركيزة والصلب. نظرا إلى اختلاف في درجة حرارة التحول الزجاجي من الكتل المكونة ، والخصائص الميكانيكية للقطع والبيوتاديين الستايرين في درجة حرارة الغرفة هي مختلفة جدا. كتلة البوليسترين بشكل ملحوظ بالمقارنة مع أكثر جمودا البوتادين واحد.

في الوقت نفسه نظرا إلى اختلاف في مجال الطاقة سطح الكتل منها ، فإن ذلك هو في الغالب البيوتادايين التي هي موجودة في واجهة البوليمر الهواء. لذلك ، SPM تصوير فيلم يكشف SBS (انظر الشكل رقم 4) إما الطبوغرافيا تقديم طبقة البيوتادايين الخارجي مع الانخفاضات المقابلة لمرحلة البوليسترين في حالة من التفاعل ، وانخفاض جاذبية في الغالب ، أو ، في حالة واحدة مثيرة للاشمئزاز الثابت ، وهو عكس الطبوغرافيا عندما يتم الضغط على البيوتادايين الناعمة بنسبة غيض التحقيق والمناطق مرتفعة تتطابق الآن إلى مرحلة البوليسترين ملحوظ أكثر جمودا. يمكن للمرء ان يرى بوضوح في الشكل. 4 أن يبحث ميزات مثل الأغوار في الصورة التي تم الحصول عليها في القوة المنخفضة (جاذبية) النظام ، وأصبحت مرتفعة بشكل واضح عندما يتم زيادة كبيرة في قوة التفاعل.

الشكل 4. مسح تضاريس 1.5 ميكرومتر من طبقة رقيقة من كوبوليمر كتلة SBS على HOPG. في حالة انخفاض قوة التفاعل بين لجنة التحقيق والفيلم ، وكشفت المرحلة البيوتادايين الناعمة على السطح في حين يبدو PS مرحلة الاكتئاب. في حالة وجود قوة أكبر من التفاعل بين التحقيق والفيلم ، هو دفع لينة أسفل البيوتادايين المرحلة والمرحلة PS تبدو مرتفعة.

الذاتي تجميعها بوليمر الوسطى هياكل

الذاتي تجميع مواد مختلفة في الاقتصاد الجزئي ونانو النطاق هو مجال بحثها على نطاق واسع من العلوم المادية. البوليمرات هي مواد مثالية لتجميع الذاتي نظرا لكبر حجم الجزيئات وتشكيلة واسعة من الخصائص الفيزيائية الكيميائية المرتبطة بالجماعات المختلفة التي تتألف منها جزيء البوليمر.

مثال واحد من نظام التجميع الذاتي بمساعدة من البوليمر المذيلات تشكلت من الاتحاد الافريقي 2nm النانوية functionalized مع جزيئات كتلة كوبوليمر amfiphyllic. بسبب وجود ماء على حد سواء (PEO) ومسعور [PS] كتل في جزيئات النانوية المرفقة الاتحاد الافريقي ، في ظل ظروف معينة النانوية functionalized الذاتي التجمع في المذيلات مع PS الأساسية وPEO على السطح. أودعت صور عالية الدقة AFM من هذا القبيل على المذيلات HOPG المشقوق حديثا تكشف عن وجود غرامة تشبه حبة المذيلات هيكل من هذا القبيل (Fig.5). قد المقارنة بين الصور وفؤاد TEM المذيلات من تقديم معلومات إضافية عن تشوه في المذيلات نتيجة لترسب على أسطح مختلفة.

الشكل 5. أودعت 1x1 صورة تضاريس ميكرومتر من المذيلات على HOPG. حل واضح مثل حبة غرامة هيكل micelle في هذه الصورة.

مواد البوليمرات الضوئية

الخلايا الكهروضوئية العضوية هو حقل بحث على نطاق واسع في العلوم المادية ، لأن هذه المواد قد توفر التحويل المباشر أرخص وأكثر كفاءة من ضوء الشمس إلى كهرباء بالمقارنة مع التقليدية القائمة على السيليكون الأجهزة. AIST - NT لSmartSPM 1000 نظام التسجيل 'ق ميزات فريدة من نوعها ليزر نانومتر 1300 والتي قد تكون مهمة جدا لتحليل SPM من مواد خفيفة العضوية الحساسة مما يجعل من الممكن قياسات أكثر دقة لممتلكاتهم سواء في الظلام وظروف الإضاءة.

تعدد التقنيات المتوفرة في SPM 1000 SmartSPM AIST - NT و يسمح للباحثين للحصول على فكرة أفضل عن المواد التي تتطور. في Fig.6 يمكن للمرء أن يرى التضاريس والصور قوة الاحتكاك للمادة البوليمر المركب الضوئية. مرحلتين مختلفة clearlyresolved في صورة قوة الاحتكاك ، في حين الطبوغرافيا العارية لا يوفر معلومات قاطعة عن تكوين وتوزيع عينة من الناخبين عبر الفيلم.

الشكل 6. 3.2x3.2 الطبوغرافيا ميكرومتر والصور الجانبية للقوة مزيج البوليمرات الضوئية.

استنتاج

AIST NT - 1000 في SmartSPM هو. قوية وفي نفس الوقت سهلة الاستخدام الآلي مجهر المسح التحقيق مناسبة تماما لأبحاث البوليمر مستوى عال من الأتمتة ، وفريدة من نوعها الماسح الضوئي والمعلمات تسجيل النظام يسمح الباحث إلى التركيز على التجربة بدلا من ذلك على إعداد وثيقة للحصول على نتائج عالية الجودة في أنظمة البوليمر عديدة من بينها مواد حساسة للضوء والهياكل فوق الجزيئية.

مصدر AIST - NT

لمزيد من المعلومات عن هذا المصدر ، يرجى زيارة AIST - NT