瀏覽的探測顯微學 - SmartSPM 1000 掃描聚合物研究的探測顯微鏡的應用由 AIST-NT

包括的事宜

簡介
AFM 的應用聚合物研究的
從 AIST-NT 的 SmartSPM
SmartSPM 的應用的示例聚合物研究的
聚合物膜
分子解決方法
嵌段共聚物
自被彙編的聚合物 Meso 結構
光致電壓的聚合材料
結論

簡介

因為掃描探測顯微學的簡介 (SPM)它被應用了於聚合材料研究。 掃描挖洞顯微學 (STM)和被證明是的聯繫模式基本強制 (AFM)顯微學為對與分子解決方法的水晶聚合物的分析的非常有用的工具。 其中一個 SPM 和 AFM 的主要好處在 SEM,特別地聚合物研究的,是 AFM 提供的更好的解決方法。 SPM 的另一個巨大好處在荷電粒子顯微學的是現狀執行主要绝緣的聚合材料高分辨率想像的這個可能性,无需塗聚合物範例用導電性層,為 SEM 通常是必要的。

AFM 的應用聚合物研究的

AFM 的應用聚合物研究的在動態掃瞄方式以後茂盛了 (亦稱 semicontact 模式) 的簡介懸臂被激發以其諧振頻率在與這個範例的表面的地方斷斷續續的聯絡。 此模式提供詳細信息不僅在範例的地勢,而且在該範例機械和黏附力屬性。 它通過分析懸臂的動擺的移相執行此相對勵磁振動的。 semicontact 掃瞄方式的簡介也允許不可能通過聯繫模式 AFM 或 STM 測試非常軟的材料的調查。

從 AIST-NT 的 SmartSPM

在 2007 个 AIST-NT 公司介紹給這個市場擁有做出它聚合物研究的第一個選擇的幾個唯一功能的一個新的掃描探測顯微鏡:

  • AIST-NT 的 SmartSPM 1000 以有一個唯一高頻率的掃描程序為特色 100x100x15 微米和不匹配共振特性 (10-20 kHz 在 X - Y 和在 Z 的 40 kHz 的範圍 - 這些是顯然在行業的最佳的特性)。 高諧振頻率掃描程序比其他 AFM 使 SPM 較不敏感往機械振動并且允許評定快速地進行。 它也允許對技巧範例交往的一個更加準確的控制。 是的後者非常重要對虛擬聚合物範例評定。
  • 在 1300 毫微米紅外線激光基礎上的低噪聲註冊系統允許功能的準確評定有這個高度在做可能的分子解決方法評定的埃範圍。 使用紅外線激光啟用光敏材料的一個更加準確的評定,是這個有機光致電壓的物質研究的重要性。
  • AIST-NT 的 SmartSPM 1000 做運算符獨立對準線激光、的探測和的光電二極管容易,快速,再現和。 对標準探測校直程序通常需要少於 45 秒! AIST-NT 的 SmartSPM 1000 探測的替換不再是在 SPM 研究的一個限制因素。
  • 額外安全 AIST-NT 的 SmartSPM 1000's,自動化的著陸程序允許快速,安全的著陸甚而與非常對於最終解決方法想像是必需的脆弱的超鋒利的探測。 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 甚而最高分辨率的想像可能在少於從探測的安裝的 5 分鐘之內開始。
  • AIST-NT 的 SmartSPM 1000 被設計與執行的同時 AFM 的光學和喇曼映射範例和執行 TERS (技巧分散改進的喇曼) 評定結合,因而提供研究員以化學分析有解決方法遠低於衍射極限。

SmartSPM 的應用的示例聚合物研究的

聚合物膜

水晶聚合物喜歡聚丙烯和聚乙烯作用在現代行業的非常重要的作用。 處理這些材料經常導致有引人入勝的功能和屬性的最終產品。 這樣產品的一個示例是由均衡聚丙烯被生產并且在電池製造中是用途廣泛的膜 Celgard 2400。

高分辨率地勢和 Celgard 2400 膜的各自階段圖像得到與 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 在 Fig.1 存在。

圖 1. 2x2 µm 地勢 (頂層) 和階段圖像 Celgard 2400 膜。 纖維狀和層狀結構明顯地被看到。

地勢和階段圖像顯示這部影片的結構: 套 uniaxially 大約 20 毫微米直徑針對的原纖維幾毫微米縮小的空白分隔的是一個控制的地勢和功能功能。 100-300 毫微米寬薄片狀數據條,被形成由於燜火階段在膜製造期間,覆蓋這個纖維狀的系統明顯地也被看見。 由於在 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 和高共鳴頻率掃描程序,得到優質圖像從人工製品解脫與反饋系統的過度的反應有關的快速和準確反饋環路是可能的。

分子解決方法

其中一個 SPM 的主要好處在的 SEM 是得到非常高分辨率圖像的這個可能性下來對分子級別。 在同一時間,當額外的強制可能極大干擾或完全地毀壞聚合物範例,細微的分子定貨這樣評定要求與對技巧對範例交往的準確的控制結合的非常低噪聲這個測量系統。

圖 2a, 2b。 165x165 nm 地勢 () 和 CH 鱗片的階段 (正確的) 圖像3674 在 HOPG 的。 有薄片狀數據條的另外取向的海島明顯地被看見。

在高度針對的 Pyrolithic 石墨表面存款的3674 線性烷 CH 薄片狀數據條的圖像 (HOPG),存在 semicontact 模式下獲得的 Fig.2,展示 AIST-NT 的 SmartSPM 註冊系統的非常好的噪聲特性 1000 并且寫掃描程序的工作的大意在充分的力學範圍的 - 20 毫微米掃描得到了與有的掃描程序 100x100 全方位的微米。

CH 的分子薄片狀數據條3674 有寬度的 4.2 毫微米甚而在相對地大 165x165 nm 掃描明顯地被看見。 與薄片狀數據條的另外取向的相鄰區在地勢方面很好被解決,并且階段圖像和那裡是沒有進行過濾的必要性在傅立葉空間。 注意到也是必要的,雖然地勢圖像顯示功能的非常好的對比,全高顏色範圍仅是關於 80 和 20 毫微米掃描的 (圖 2c,第 2) 3Å。

圖 2c。 82x82 nm CH 鱗片的地勢 () 和階段圖像3674 在 HOPG 的。 有薄片狀數據條的另外取向的海島明顯地被看見。 在地勢圖像的充分的錯誤色標是 2.5Å

圖第 2。 21x21 nm 地勢 () 和 CH 鱗片的階段圖像3674 在 HOPG 的。 薄片狀數據條的寬度是 4.1 毫微米,在與延長的 CH 分子的長度的利益協定3674

重要解決方法想像要求熱量的兩個非常低/AFM 和低噪聲註冊系統的臨時偏差。 線性烷想像薄片狀數據條是一個理想的方式發現偏差多大是。 在這个 82nm 和 21 毫微米掃描的傾角被採取以 1 Hz 的同一種掃瞄速率分別為大約對應於在 1Å X 方向的偏差每分鐘的 64.6° 和 63.6°。 低噪聲 AIST-NT 的 SmartSPM 註冊系統 1000 在向顯示對 21 毫微米掃描 (Fig.2e) 的部分分析被展示這個配置文件的深度比 1Å 是較少。

圖 2e。 低噪聲 AIST-NT 的 AFM 註冊系統在對 21 毫微米掃描的部分分析被展示,向顯示這個配置文件的深度比 1Å 是較少。

在包括在烷分子的末端的相鄰3 薄片狀數據條之間的邊界 CH 組在地勢圖像可能被看到壓下 (像在 Fig.2) 或舉起 (Fig.3) 根據在這個範例的探測的技巧施加的強制。 此強制通過自由高度懸臂式振動和值的仔細選擇是受控的調整點,并且可能維護與高精度由於高穩定性 AIST-NT 的 SmartSPM 1000

在 HOPG 的圖 3. 52x52 nm CH 鱗片3674 地勢掃描。 由於探測的技巧和這個範例之間的非常柔和的有吸引力的交往,在包括 CH3 組的相鄰薄片狀數據條之間的邊界被看到高。

嵌段共聚物

增長的需求在耗費小和控制 nanopattering 的技術導致研究團體的重大的關注和對嵌段共聚物的行業。 起因於各自塊的離析的各種各樣自組織的結構在這些聚合物的提供一個有為的途徑給靈活仿造表面在 nanolevel 通過源遠流長的證言和石版影印技術。

SPM 是為嵌段共聚物影片的描述特性的一個理想的研究工具,在最後十年期間,由許多發行證明。 在對嵌段共聚物的 SPM 分析必須被考慮到的一個重要情況,有的特別是那个與較大不同機械性能的塊,是被評定的地勢和階段對比,表示這個範例的機械性能的後者的根本依賴性,對 SPM 探測的技巧施加的對聚合物影片強制的值。

這樣依賴性的一個典型的示例是一個著名的 SBS- 多苯乙烯塊丁鄰二烯塊多苯乙烯 triblock 共聚物。 是著名的此共聚物薄膜可能根據這個基體的膠片厚度、本質和燜火形成各種各樣的形態形狀。 由於區別組成部分塊的玻璃轉化溫度,苯乙烯的機械性能和丁鄰二烯部分在室溫请是非常不同的。 多苯乙烯塊是更加嚴格的與丁鄰二烯一比較。

在同一時間由於在各自塊的表面能上的區別,它 是存在聚合物航空界面主要的聚丁二烯。 所以, SBS 影片 SPM 想像顯示 (參見圖 4) 或者地勢存在與垂度的外面聚丁二烯層與多苯乙烯階段相應在主要低,有吸引力的交往的情況下,或者,在困難排斥一個的情況下,被撤消的地勢,當軟的聚丁二烯由探測的技巧和高的區現在時增加對應於更嚴格的多苯乙烯階段。 一在圖 4 能明顯地看到看起來像在低強制 (有吸引力的) 政權得到的這個圖像的消沉的功能,變得明顯地高,當顯著增加時交往強制。

在 HOPG 的圖 4. 1.5 µm SBS 嵌段共聚物薄膜地勢掃描。 在探測和這部影片之間的低交往強制的情況下,當 PS 階段看起來沮喪時,虛擬聚丁二烯階段在表面顯示。 在探測和這部影片之間的更強的交往強制的情況下,虛擬聚丁二烯階段增加,并且 PS 階段看起來高。

自被彙編的聚合物 Meso 結構

自彙編在微型和納諾縮放比例的不同的材料是材料學的一廣泛地被研究的區。 聚合物是自集合的理想的材料由於大號物理屬性分子和多種多樣與包括聚合物分子的不同的化工組相關。

一個聚合物協助解決的自集合系統的一個示例是從 2nm 澳大利亞 nanoparticles 形成的膠束 functionalized 與 amfiphyllic 塊共聚物分子。 由於在分子的親水 (PEO) 和疏水 [PS] 在一定條件下塊出現附有澳大利亞 nanoparticles, functionalized nanoparticles 自聚集到與 PS 核心的在表面的膠束和 PEO。 在新近地被劈開的 HOPG 存款的高分辨率 AFM 圖像的這樣膠束顯示一個細致的像珠子般的結構的這樣膠束 (Fig.5)。 由於在不同的表面的證言膠束的 AFM 和 TEM 圖像的比較在膠束的變形可能提供附加信息。

在 HOPG 的圖 5. 1x1 µm 存款的膠束地勢圖像。 膠束的細致的像珠子般的結構在此圖像明顯地被解決。

光致電壓的聚合材料

因為這些材料可能提供太陽光的更加便宜和更加高效的直接轉換到電與常規基於硅的設備比較,有機 photovoltaics 是材料學的一個廣泛地被研究的域。 AIST-NT 的 SmartSPM 1000's 註冊系統以可能是非常重要對做可能的更加準確的評定的對光敏有機材料的 SPM 分析他們的屬性在黑暗和照明條件的唯一 1300 毫微米激光為特色。

SPM 技術的通用性可用在 AIST-NT 的 SmartSPM 1000 允許他們開發的研究員有關於材料的更好的想法。 在 Fig.6 一个能看到地勢和光致電壓的綜合聚合材料的摩擦力圖像。 而僅有的地勢在範例構成不提供決定性的信息和組成部分的配電器在這部影片間的二個不同階段在摩擦力圖像 clearlyresolved。

圖 6. 3.2x3.2 µm 一個光致電壓的聚合物的地勢和側力圖像混和。

結論

AIST-NT 的 SmartSPM 1000 是強大和在同一個時間用戶友好自動化的掃描探測顯微鏡完全適用於聚合物研究。 高級自動化、唯一掃描程序的和註冊系統的參數允許研究員相當集中實驗在儀器設置和得到在許多聚合物系統的優質結果包括光敏材料和超分子的結構。

來源 AIST-NT

關於此來源的更多信息请請參觀 AIST-NT

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

Last Update: 13. June 2013 20:49

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