Просматривая Микроскопия Зонда - Применение Микроскопа 1000 Зонда Скеннирования SmartSPM для Исследования Полимера AIST-NT

Покрытые Темы

Введение
Применение AFM для Исследования Полимера
SmartSPM от AIST-NT
Примеры Применения SmartSPM для Исследования Полимера
Мембраны Полимера
Молекулярное Разрешение
Сополимеры Блока
Собственн-Собранные Meso-Структуры Полимера
Фотовольтайческие Материалы Полимера
Заключение

Введение

В Виду Того Что введение Микроскопии Зонда Скеннирования (SPM) оно прикладной к исследованию материалов полимера. И Микроскопия Прокладывать Тоннель Скеннирования (STM) и Микроскопия Усилия режима контакта Атомная (AFM) доказанная, что быть очень полезным инструментом для анализа кристаллических полимеров с молекулярным разрешением. Одно из главных преимуществ SPM и AFM над SEM, специфически для исследования полимера, более лучшее разрешение обеспеченное AFM. Другое большое преимущество SPM над Микроскопией Запряженной Частицы возможность для того чтобы выполнить воображение высок-разрешения главным образом непровоящих материалов полимера «как», без покрывать образец полимера с проводным слоем, который обычно необходим для SEM.

Применение AFM для Исследования Полимера

Применение AFM для исследования полимера процветало после введения динамических режимов скеннирования (также известных как режим semicontact) где cantilever возбужденный на своей резонирующей частоте в прерывистом контакте с поверхностью образца. Этот режим обеспечивает больше детальной информации не только на топографии образца, но также на свойствах механически и прилипания того образца. Он делает это посредством анализировать сдвиг фазы колебаний cantilever по отношению к вибрации возбуждения. Введение режима скеннирования semicontact также позволило для исследования очень мягких материалов которые не смогли быть исследованы посредством режима контакта AFM или STM.

SmartSPM от AIST-NT

В 2007 AIST-NT Inc ввел к рынку новый Микроскоп Зонда Скеннирования обладая несколькими уникально характеристик которые делают им первый выбор для исследования полимера:

  • SmartSPM 1000 AIST-NT отличает уникально высокочастотным блоком развертки имея ряд микрона 100x100x15 и бесподобных резонирующих характеристик (10-20 КГц-в XY и до 40 КГц в Z - эти значительно самыми лучшими характеристиками в индустрии). Высокий блок развертки резонирующей частоты делает SPM более менее чувствительной к механически вибрациям и позволяет измерениям быть выполненным более быстро чем любой другой AFM. Он также позволяет очень более точному управлению над взаимодействием подсказк-образца. Latter очень важен для мягких измерений образца полимера.
  • Малошумная система зарегистрирования основанная на лазере ИК 1300 nm позволяет точным измерениям характеристик имея высоту в ряде Ангстрома который делает возможные измерения молекулярн-разрешения. Польза лазера ИК включает более точное измерение светочувствительных материалов, которое большого значения для органического фотовольтайческого материального исследования.
  • SmartSPM 1000 AIST-NT делает выравнивание лазера, зонда и фотодиода легкого, быстрого, возпроизводимого и оператор-независимого. Для зондов стандарта процесс наладки обычно принимает меньш чем 45 секунд! С заменой 1000 SmartSPM AIST-NT зонда больше не ограничивающий фактор в исследовании SPM.
  • SmartSPM 1000's AIST-NT экстренн-безопасное, автоматизированная процедура посадки позволяет быстрой, безопасной посадке даже с весьма утлыми ультра-острыми зондами которые необходимы для типичного воображения разрешения. С SmartSPM 1000 AIST-NT даже самое высокое воображение разрешения может быть начато в меньш чем 5 минутах от установки зонда.
  • SmartSPM 1000 AIST-NT конструировано быть совмещенным с оптикой для выполняя одновременного AFM и отображать Raman образца и уносить измерения TERS (Raman Увеличенного Подсказкой Разбрасывая), таким образом обеспечивающ исследователей при Химический анализ имея разрешение далеко под пределом огибания.

Примеры Применения SmartSPM для Исследования Полимера

Мембраны Полимера

Кристаллические полимеры любят игра полипропилена и полиэтилена весьма важная роль в самомоднейшей индустрии. Обрабатывать этих материалов часто приводит к в конечных продуктах которые имеют завораживающие характеристики и свойства. Один пример такого продукта мембрана Celgard 2400 которая произведена от изотактического полипропилена и широко использована в изготавливании батареи.

Высокая топография разрешения и соответственно изображения участка мембраны Celgard 2400 полученной с SmartSPM 1000 AIST-NT в Fig.1.

Диаграмма 1. топография µm 2x2 (верхняя часть) и изображение участка мембраны Celgard 2400. И фибрилловые и тонкослоистые структуры ясно увидены.

И изображения топографии и участка показывают структуру фильма: комплект uniaxially ориентированных волоконец диаметра приблизительно 20 nm отделенного узкими зазорами нескольких нанометров преобладая топография и функциональная характеристика. 100-300 нашивок nm широких тонкослоистых, сформированных в результате этапов отжига во время изготавливания мембраны, overlaying фибрилловая система также ясно увидены. Должно к быстрой и точной цепи обратной связи в SmartSPM 1000 AIST-NT и высоком блоке развертки частоты резонанса, возможно получить высокомарочные изображения свободные от артефактов отнесенных к острой реакции системы с обратной связью.

Молекулярное Разрешение

Одно из главных преимуществ SPM над SEM возможность для того чтобы получить весьма высокие изображения разрешения вниз к молекулярному уровню. В таком же времени такие измерения требуют очень малошумного измеряя системы совмещенной с точным управлением над взаимодействием подсказк-к-образца по мере того как чрезмерно усилие может значительно нарушить или вполне разрушить тонкий молекулярный заказ образцов полимера.

Диаграмма 2a, 2b. (выйденная) топография 165x165 nm и изображения участка (правые) ламелл3674 CH на HOPG. Острова с различной ориентацией тонкослоистых нашивок ясно увидены.

Изображения тонкослоистых нашивок линейного алкана CH3674 депозированных на поверхности Сильно Ориентированного Графита Pyrolithic (HOPG), представленной в Fig.2 полученном в режиме semicontact, демонстрируют и превосходные характеристики помех системы зарегистрирования SmartSPM 1000 AIST-NT и уточняют работа блока развертки в польностью динамическом диапазоне - 20 разверток nm были получены при блок развертки имея полный диапасон микрона 100x100.

Тонкослоистые нашивки молекул3674 CH имея ширину 4,2 nm ясно увидены даже в относительно большой развертке 165x165 nm. Смежные зоны с различной ориентацией тонкослоистых нашивок хорошо разрешены и в топографии и изображения участка и там никакая необходимость для того чтобы выполнить фильтровать в космосе Фурье. Также необходимо заметить что хотя изображения топографии показывают превосходный контраст характеристик, ряд цвета общей высоты только о 3Å для 80 и 20 разверток nm (FIG. 2c, 2d).

Диаграмма 2c. изображения (выйденной) топографии и участка 82x82 nm ламелл3674 CH на HOPG. Острова с различной ориентацией тонкослоистых нашивок ясно увидены. Польностью ложный маштаб цвета в изображении топографии 2.5Å

Вычисляйте 2d. (выйденная) топография 21x21 nm и изображение участка ламелл3674 CH на HOPG. Ширина тонкослоистых нашивок 4,1 nm, которая в хорошем соответствии с длиной выдвинутой молекулы3674 CH.

Критическое воображение разрешения требует обоих очень низко термальных/височных смещений AFM и малошумной системы зарегистрирования. Нашивки Воображения тонкослоистые линейных алканов совершенный путь увидеть как больш смещения. Углы наклонения в 82nm и 21 развертке nm принятых на такую же частоту сканирования 1 Hz 64.6° и 63.6° соответственно которые соответствуют к смещению в направление X около 1Å в минуту. Малошумное системы зарегистрирования SmartSPM 1000 AIST-NT продемонстрировано в анализе раздела развертки 21 nm (Fig.2e) которая показывает что глубина профиля чем 1Å.

Диаграмма 2e. Малошумное системы зарегистрирования AFM AIST-NT продемонстрировано в анализе раздела развертки 21 nm, которая показывает что глубина профиля чем 1Å.

Границы между смежными тонкослоистыми нашивками состоя из групп3 CH на концах молекул алкана могут быть увидены и отжато (как в Fig.2) или повышено (Fig.3) в изображения топографии в зависимости от усилия приложенного подсказкой зонда на образце. Это усилие проконтролировано через тщательный выбор свободной амплитуды консольной вибрации и значения setpoint и может быть поддержано с высокой точностью должной к высокой стабилности SmartSPM 1000 AIST-NT.

Диаграмма 3. развертка топографии 52x52 nm ламелл3674 CH на HOPG. Должно к очень нежному привлекательному взаимодействию между подсказкой зонда и образцом, границы между смежными тонкослоистыми нашивками состоя из групп CH3 увидены повышено.

Сополимеры Блока

Увеличивая требование в недорогих и хорошо-контролируемых nanopattering технологиях привело к в значительно внимании научного общества и индустрии к сополимерам блока. Разнообразие собственн-организованные структуры приводя к от сегрегации соответственно блоков в этих полимерах снабубегут перспективнейшую трассу гибкая делающ по образцу поверхности на nanolevel через солидные методы низложения и фотолитографии.

SPM идеально инструмент исследования для характеризации фильмов сополимера блока, как доказывает многочисленними изданиями во время последней декады. Один важный факт который должен быть учтен в анализе SPM сополимеров блока, специально одни имея блоки с значительно различными механически свойствами, основная зависимость измеренного контраста топографии и участка, latter представляя механически свойства образца, на значении усилия приложенного на фильме полимера подсказкой зонда SPM.

Типичный пример такой зависимости известный сополимер triblock полистирол-блок-бутадиен-блок-полистироля SBS-. Он известен что тонкие фильмы этого сополимера могут сформировать разнообразие морфологические формы в зависимости от толщины фильма, природы субстрата и отжига. Должно к разнице в температуре стеклянного перехода блоков состава, механически свойствах стиропласта и частях бутадиена на комнатной температуре очень друг. Блок полистироля твердые сравненный к бутадиену одному.

В таком же времени должном к разнице в поверхностной энергии соответственно блоков, это главным образом полибутадиен который присутствовал на интерфейсе полимер-воздуха. Поэтому, воображение SPM фильма SBS показывает (см., что FIG. 4) или топография представляет наружный слой полибутадиена с погружениями соответствие к участку полистироля в случае низкого, главным образом привлекательного взаимодействия, или, в случае трудное отталкивающее одного, обращенная топография когда мягкий полибутадиен нажат вниз подсказкой и повышенными зонами зонда теперь соответствует к значительно больше твердого участка полистироля. Можно ясно увидеть в FIG. 4 что характеристики смотря как нажатия в изображении полученном в низком ом режиме усилия (привлекательном), ясно повышено когда усилие взаимодействия значительно увеличено.

Диаграмма 4. развертка топографии 1,5 µm тонкого фильма сополимера блока SBS на HOPG. В случае низкого усилия взаимодействия между зондом и фильмом, мягкий участок полибутадиена показан на поверхности пока участок PS смотрит подавленным. В случае более высокого усилия взаимодействия между зондом и фильмом, мягкий участок полибутадиена нажат вниз и участок PS смотрит повышенным.

Собственн-Собранные Meso-Структуры Полимера

Собственн-собирать различных материалов на микро- и nano маштабе обширно исследованная зона материальной науки. Полимеры идеально материалы для агрегата собственной личности должного к крупноразмерному молекул и большого разнообразия физических свойств связанных при различные химические группы состоя из молекулы полимера.

Один пример полимер-помогать системы агрегата собственной личности мицеллы сформированные от nanoparticles Au 2nm functionalized с amfiphyllic молекулами блок-сополимера. Должно к присутсвию и гидрофильных (PEO) и гидродобных блоков [PS] в молекулах прикрепленных к nanoparticles Au, под некоторыми functionalized условиями собственной личностью nanoparticles соберите в мицеллы с сердечником PS и PEO на поверхности. Высокие изображения AFM разрешения таких мицелл депозированных на свеже ом HOPG показывают штраф шарик-как структура таких мицелл (Fig.5). Сравнение изображений AFM и TEM мицелл может обеспечить дополнительную информацию на деформации мицелл в результате низложения на различных поверхностях.

Диаграмма 5. изображение топографии µm 1x1 депозированных мицелл на HOPG. Точно шарик-как структура мицеллы ясно разрешает в этом изображении.

Фотовольтайческие Материалы Полимера

Органическое photovoltaics обширно исследованное поле материальной науки потому что эти материалы могут обеспечить более дешевое и более эффективное сразу преобразование солнечного света в электричество сравненное к обычным кремни-основанным приборам. Лазер характеристик системы уникально 1300 зарегистрирования SmartSPM 1000's AIST-NT nm который может быть очень важен для анализа SPM светочувствительных органических материалов делая возможные более точные измерения их свойств и в условиях темноты и освещения.

Многосторонность методов SPM доступных в SmartSPM 1000 AIST-NT позволяет исследователям получить более лучшую идею о материалах они начинают. В Fig.6 можно увидеть изображения усилия топографии и трения фотовольтайческого составного материала полимера. 2 различных участка clearlyresolved в изображении усилия трением, пока чуть-чуть топография не предусматривает окончательную информацию на составе образца и распределение составов через фильм.

Диаграмма 6. изображения топографии µm 3.2x3.2 и бокового усилия фотовольтайческого полимера смешивает.

Заключение

SmartSPM 1000 AIST-NT мощное и в таком же микроскопе зонда скеннирования времени userfriendly автоматизированном совершенно соответствующем для исследования полимера. Высокий уровень автоматизации, уникально блока развертки и параметров системы зарегистрирования позволяет исследователю сконцентрировать на эксперименте довольно на настроении аппаратуры и получить высокомарочные результаты на многочисленних системах полимера включая светочувствительные материалы и supra-молекулярные структуры.

Источник AIST-NT

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите AIST-NT

Date Added: Feb 20, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 21:23

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit