浏览的探测显微学 - SmartSPM 1000 扫描聚合物研究的探测显微镜的应用由 AIST-NT

包括的事宜

简介
AFM 的应用聚合物研究的
从 AIST-NT 的 SmartSPM
SmartSPM 的应用的示例聚合物研究的
聚合物膜
分子解决方法
嵌段共聚物
自被汇编的聚合物 Meso 结构
光致电压的聚合材料
结论

简介

因为扫描探测显微学的简介 (SPM)它被应用了于聚合材料研究。 扫描挖洞显微学 (STM)和被证明是的联系模式基本强制 (AFM)显微学为对与分子解决方法的水晶聚合物的分析的非常有用的工具。 其中一个 SPM 和 AFM 的主要好处在 SEM,特别地聚合物研究的,是 AFM 提供的更好的解决方法。 SPM 的另一个巨大好处在荷电粒子显微学的是现状执行主要绝缘的聚合材料高分辨率想象的这个可能性,无需涂聚合物范例用导电性层,为 SEM 通常是必要的。

AFM 的应用聚合物研究的

AFM 的应用聚合物研究的在动态扫瞄方式以后茂盛了 (亦称 semicontact 模式) 的简介悬臂被激发以其谐振频率在与这个范例的表面的地方断断续续的联络。 此模式提供详细信息不仅在范例的地势,而且在该范例机械和黏附力属性。 它通过分析悬臂的动摆的移相执行此相对励磁振动的。 semicontact 扫瞄方式的简介也允许不可能通过联系模式 AFM 或 STM 测试非常软的材料的调查。

从 AIST-NT 的 SmartSPM

在 2007 个 AIST-NT 公司介绍给这个市场拥有做出它聚合物研究的第一个选择的几个唯一功能的一个新的扫描探测显微镜:

  • AIST-NT 的 SmartSPM 1000 以有一个唯一高频率的扫描程序为特色 100x100x15 微米和不匹配共振特性 (10-20 kHz 在 X - Y 和在 Z 的 40 kHz 的范围 - 这些是显然在行业的最佳的特性)。 高谐振频率扫描程序比其他 AFM 使 SPM 较不敏感往机械振动并且允许评定快速地进行。 它也允许对技巧范例交往的一个更加准确的控制。 是的后者非常重要对虚拟聚合物范例评定。
  • 在 1300 毫微米红外线激光基础上的低噪声注册系统允许功能的准确评定有这个高度在做可能的分子解决方法评定的埃范围。 使用红外线激光启用光敏材料的一个更加准确的评定,是这个有机光致电压的物质研究的重要性。
  • AIST-NT 的 SmartSPM 1000 做运算符独立对准线激光、的探测和的光电二极管容易,快速,再现和。 对标准探测校直程序通常需要少于 45 秒! AIST-NT 的 SmartSPM 1000 探测的替换不再是在 SPM 研究的一个限制因素。
  • 额外安全 AIST-NT 的 SmartSPM 1000's,自动化的着陆程序允许快速,安全的着陆甚而与非常对于最终解决方法想象是必需的脆弱的超锋利的探测。 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 甚而最高分辨率的想象可能在少于从探测的安装的 5 分钟之内开始。
  • AIST-NT 的 SmartSPM 1000 被设计与执行的同时 AFM 的光学和喇曼映射范例和执行 TERS (技巧分散改进的喇曼) 评定结合,因而提供研究员以化学分析有解决方法远低于衍射极限。

SmartSPM 的应用的示例聚合物研究的

聚合物膜

水晶聚合物喜欢聚丙烯和聚乙烯作用在现代行业的非常重要的作用。 处理这些材料经常导致有引人入胜的功能和属性的最终产品。 这样产品的一个示例是由均衡聚丙烯被生产并且在电池制造中是用途广泛的膜 Celgard 2400。

高分辨率地势和 Celgard 2400 膜的各自阶段图象得到与 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 在 Fig.1 存在。

图 1. 2x2 µm 地势 (顶层) 和阶段图象 Celgard 2400 膜。 纤维状和层状结构明显地被看到。

地势和阶段图象显示这部影片的结构: 套 uniaxially 大约 20 毫微米直径针对的原纤维几毫微米缩小的空白分隔的是一个控制的地势和功能功能。 100-300 毫微米宽薄片状数据条,被形成由于焖火阶段在膜制造期间,覆盖这个纤维状的系统明显地也被看见。 由于在 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 和高共鸣频率扫描程序,得到优质图象从人工制品解脱与反馈系统的过度的反应有关的快速和准确反馈环路是可能的。

分子解决方法

其中一个 SPM 的主要好处在的 SEM 是得到非常高分辨率图象的这个可能性下来对分子级别。 在同一时间,当额外的强制可能极大干扰或完全地毁坏聚合物范例,细微的分子定货这样评定要求与对技巧对范例交往的准确的控制结合的非常低噪声这个测量系统。

图 2a, 2b。 165x165 nm 地势 () 和 CH 鳞片的阶段 (正确的) 图象3674 在 HOPG 的。 有薄片状数据条的另外取向的海岛明显地被看见。

在高度针对的 Pyrolithic 石墨表面存款的3674 线性烷 CH 薄片状数据条的图象 (HOPG),存在 semicontact 模式下获得的 Fig.2,展示 AIST-NT 的 SmartSPM 注册系统的非常好的噪声特性 1000 并且写扫描程序的工作的大意在充分的力学范围的 - 20 毫微米扫描得到了与有的扫描程序 100x100 全方位的微米。

CH 的分子薄片状数据条3674 有宽度的 4.2 毫微米甚而在相对地大 165x165 nm 扫描明显地被看见。 与薄片状数据条的另外取向的相邻区在地势方面很好被解决,并且阶段图象和那里是没有进行过滤的必要性在傅立叶空间。 注意到也是必要的,虽然地势图象显示功能的非常好的对比,全高颜色范围仅是关于 80 和 20 毫微米扫描的 (图 2c,第 2) 3Å。

图 2c。 82x82 nm CH 鳞片的地势 () 和阶段图象3674 在 HOPG 的。 有薄片状数据条的另外取向的海岛明显地被看见。 在地势图象的充分的错误色标是 2.5Å

图第 2。 21x21 nm 地势 () 和 CH 鳞片的阶段图象3674 在 HOPG 的。 薄片状数据条的宽度是 4.1 毫微米,在与延长的 CH 分子的长度的利益协定3674

重要解决方法想象要求热量的两个非常低/AFM 和低噪声注册系统的临时偏差。 线性烷想象薄片状数据条是一个理想的方式发现偏差多大是。 在这个 82nm 和 21 毫微米扫描的倾角被采取以 1 Hz 的同一种扫瞄速率分别为大约对应于在 1Å X 方向的偏差每分钟的 64.6° 和 63.6°。 低噪声 AIST-NT 的 SmartSPM 注册系统 1000 在向显示对 21 毫微米扫描 (Fig.2e) 的部分分析被展示这个配置文件的深度比 1Å 是较少。

图 2e。 低噪声 AIST-NT 的 AFM 注册系统在对 21 毫微米扫描的部分分析被展示,向显示这个配置文件的深度比 1Å 是较少。

在包括在烷分子的末端的相邻3 薄片状数据条之间的边界 CH 组在地势图象可能被看到压下 (象在 Fig.2) 或举起 (Fig.3) 根据在这个范例的探测的技巧施加的强制。 此强制通过自由高度悬臂式振动和值的仔细选择是受控的调整点,并且可能维护与高精度由于高稳定性 AIST-NT 的 SmartSPM 1000

在 HOPG 的图 3. 52x52 nm CH 鳞片3674 地势扫描。 由于探测的技巧和这个范例之间的非常柔和的有吸引力的交往,在包括 CH3 组的相邻薄片状数据条之间的边界被看到高。

嵌段共聚物

增长的需求在耗费小和控制 nanopattering 的技术导致研究团体的重大的关注和对嵌段共聚物的行业。 起因于各自块的离析的各种各样自组织的结构在这些聚合物的提供一个有为的途径给灵活仿造表面在 nanolevel 通过源远流长的证言和石版影印技术。

SPM 是为嵌段共聚物影片的描述特性的一个理想的研究工具,在最后十年期间,由许多发行证明。 在对嵌段共聚物的 SPM 分析必须被考虑到的一个重要情况,有的特别是那个与较大不同机械性能的块,是被评定的地势和阶段对比,表示这个范例的机械性能的后者的根本依赖性,对 SPM 探测的技巧施加的对聚合物影片强制的值。

这样依赖性的一个典型的示例是一个著名的 SBS- 多苯乙烯块丁邻二烯块多苯乙烯 triblock 共聚物。 是著名的此共聚物薄膜可能根据这个基体的胶片厚度、本质和焖火形成各种各样的形态形状。 由于区别组成部分块的玻璃转化温度,苯乙烯的机械性能和丁邻二烯部分在室温请是非常不同的。 多苯乙烯块是更加严格的与丁邻二烯一比较。

在同一时间由于在各自块的表面能上的区别,它 是存在聚合物航空界面主要的聚丁二烯。 所以, SBS 影片 SPM 想象显示 (参见图 4) 或者地势存在与垂度的外面聚丁二烯层与多苯乙烯阶段相应在主要低,有吸引力的交往的情况下,或者,在困难排斥一个的情况下,被撤消的地势,当软的聚丁二烯由探测的技巧和高的区现在时增加对应于更严格的多苯乙烯阶段。 一在图 4 能明显地看到看起来象在低强制 (有吸引力的) 政权得到的这个图象的消沉的功能,变得明显地高,当显著增加时交往强制。

在 HOPG 的图 4. 1.5 µm SBS 嵌段共聚物薄膜地势扫描。 在探测和这部影片之间的低交往强制的情况下,当 PS 阶段看起来沮丧时,虚拟聚丁二烯阶段在表面显示。 在探测和这部影片之间的更强的交往强制的情况下,虚拟聚丁二烯阶段增加,并且 PS 阶段看起来高。

自被汇编的聚合物 Meso 结构

自汇编在微型和纳诺缩放比例的不同的材料是材料学的一广泛地被研究的区。 聚合物是自集合的理想的材料由于大号物理属性分子和多种多样与包括聚合物分子的不同的化工组相关。

一个聚合物协助解决的自集合系统的一个示例是从 2nm 澳大利亚 nanoparticles 形成的胶束 functionalized 与 amfiphyllic 块共聚物分子。 由于在分子的亲水 (PEO) 和疏水 [PS] 在一定条件下块出现附有澳大利亚 nanoparticles, functionalized nanoparticles 自聚集到与 PS 核心的在表面的胶束和 PEO。 在新近地被劈开的 HOPG 存款的高分辨率 AFM 图象的这样胶束显示一个细致的象珠子般的结构的这样胶束 (Fig.5)。 由于在不同的表面的证言胶束的 AFM 和 TEM 图象的比较在胶束的变形可能提供附加信息。

在 HOPG 的图 5. 1x1 µm 存款的胶束地势图象。 胶束的细致的象珠子般的结构在此图象明显地被解决。

光致电压的聚合材料

因为这些材料可能提供太阳光的更加便宜和更加高效的直接转换到电与常规基于硅的设备比较,有机 photovoltaics 是材料学的一个广泛地被研究的域。 AIST-NT 的 SmartSPM 1000's 注册系统以可能是非常重要对做可能的更加准确的评定的对光敏有机材料的 SPM 分析他们的属性在黑暗和照明条件的唯一 1300 毫微米激光为特色。

SPM 技术的通用性可用在 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 允许他们开发的研究员有关于材料的更好的想法。 在 Fig.6 一个能看到地势和光致电压的综合聚合材料的摩擦力图象。 而仅有的地势在范例构成不提供决定性的信息和组成部分的配电器在这部影片间的二个不同阶段在摩擦力图象 clearlyresolved。

图 6. 3.2x3.2 µm 一个光致电压的聚合物的地势和侧力图象混和。

结论

AIST-NT 的 SmartSPM 1000 是强大和在同一个时间用户友好自动化的扫描探测显微镜完全适用于聚合物研究。 高级自动化、唯一扫描程序的和注册系统的参数允许研究员相当集中实验在仪器设置和得到在许多聚合物系统的优质结果包括光敏材料和超分子的结构。

来源 AIST-NT

关于此来源的更多信息请参观 AIST-NT

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

Last Update: 13. June 2013 20:46

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