AFM 공구를 사용하는 다양한 물자를 위한 Nanoscale 기계적 성질 분석

목차

소개
결합된 손실 측면 및 AM-FM 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내기
손실 측면
AM-FM 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내기
고주파 군대 변조
접촉 공명 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내기
수직 Nanoindenting
군대 곡선, 지도로 나타내고 군대 만들기 군대
    군대 곡선
    군대 지도로 나타내기
    군대 만들기
결론
보호 시설 연구에 관하여

소개

nanoscale는 다양한의 행동 그리고 성과 산업으로, 생물학으로 그리고 구조상으로 평가를 위한 기본적인 중요성 기계적 성질을 이해하는 중요한 물자 입니다. 견본과 상호 작용하는 (AFM) 원자 군대 현미경 끝은 약간을 지명하기 위하여 많은 다른 근원으로부터 시작하는 군대 - 신축성, 점성, 접착, van der Waals -를 경험합니다. 그러므로 믿을 수 있는 정확한 물자 속성 측정이 1개 쪽에 있는 견본을 보기 요구하다, 점점 명확하게 되었습니다.  단 하나 기술은 정확하고를 위해 단순히 부족하 그리고 준엄하게 제시 견본 속성 수시로 그릇 인도 및 부정확한 결과 및 결론 조차 열매를 산출할 수 있습니다.

NanomechPro™ 툴키트 (nanomechanics 연구원의 요구에 응하기 위하여 보호 시설의 Cypher™와 MFP-3D™ AFMs를 위한 숫자 1)는 공구의 한 벌을 제공하고 이어 감동하 강력하기도 하고 급속하게 확장하. 각종 공구는 무료하 - 각 기술은 견본의 다른 반응을 시험하고 기록하고 - 수시로 동시에 사용될 수 있습니다 (예를들면 2a - d)를 계산합니다. 게다가, 암호 AFM와 더불어, 이 새로운 기술의 많은 것은 작고, 단단, 저잡음 외팔보와 결합될 수 있어, 불가능한 잡음 레벨과 속도로 측정을 이전에 가능하게 하.

숫자 1. NanomechPro 툴키트는 다양한 물자의 nanoscale 기계적 성질 측정을 위한 정확한 공구를 한 벌을 함유합니다. 각종 공구는 무료합니다 - 각 기술은 견본의 다른 반응을 시험하고 기록합니다.

   

(오른쪽에게 맡기는) Viton®/epoxy/EPDM 샌드위치의 숫자 2. 심상.  (a)에서 보인 양이 많은 손실 측면 데이터는 명확하게 Viton의 더 높은 손실 측면을 표시합니다. 뻣뻣함은 명확하게 다름 추적해서 (78를 상륙시키십시오) 및 EPDM를 해결하는 Viton의 탄성 계수에 있는 두번째 최빈값 (b)의 공명 주파수를, 측정됩니다 (A 58를 상륙시키십시오). 손실 계수와 관련있는 AM-FM 방산은 (c)에서 보입니다.  마지막으로, 군대 변조 진폭 심상 (d)는 또한 (b)에 있는, AM-FM 결과에 무료한 정보를 제공하는 매우 더 높은 관통 거리에 두번째 기술로 측정된 뻣뻣함을 보여줍니다.

결합된 손실 측면 및 AM-FM 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내기

진폭 조절한 (AM) 원자 군대 현미경 검사법, 일컬어 두드리는 최빈값 또는 AC 최빈값은, 대폭적인 응용을 가진 증명하고, 믿을 수 있는 온화한 화상 진찰 방법입니다. 이전에, 계속 두드리는 최빈값에 있는 대조는 양을 정하기 어렵습니다. 그러나, 이 일에서 우리는 두드리는 최빈값에 있는 물자 속성의 명백한 해석을 허용하는 2개의 새로운 기술을 소개합니다: AM-FM 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내고는 (AM-FM) 및 손실 측면.

이 측정이 동시에 하기 때문에, 측정에 있는 각자 견실함을 위한 붙박이 검사가 있습니다. 새로운 AM-FM 화상 기술은 주파수 변조 최빈값의 양이 많고, 높은 감도와 일반적인 두드리는 최빈값의 특징 그리고 이득을 (FM) 결합합니다. 손실 둘 다 측면과 AM-FM 화상 진찰은 높은 정보 수집 비율로 동시에 능력을 발휘할 수 있습니다. 이 기술은 독점적으로 보호 시설 연구, 팬딩되어 있는 그 외를 가진 미국 특허 8,024,963, 7,937,991, 7,603,891, 7,921,466 및 7,958,563에서 가능합니다.

손실 측면

손실 측면 화상 진찰 (숫자 2a)는 끝 견본 상호 작용의 방탕하기도 하고 축적 에너지를 포함하는 1개의 기간으로 단계 화상 진찰의 해석을 개주하는 최근에 소개한 양이 많은 기술입니다. 동시에, 끝 견본 상호 작용은 두번째 울리는 최빈값의 주파수를 조절합니다. 양이 많은 주파수 옮김은 견본 뻣뻣함에 달려 있고 다양한 물리적 모형에 적용될 수 있습니다. 이 기술은 양이 많은 신축성과 손실 측면 심상을 제공하고 있는 동안 두드리는 최빈값에 있는 고속, 낮은 군대 화상 진찰을 허용합니다.

AM-FM 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내기

AM-FM 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내기 (숫자 2b 의 c)는 단단 스캐닝 및 양이 많고, 높은 감도 주파수 변조 최빈값과 (또한 AM에게 불리는) 일반적인 두드리는 최빈값의 특징 그리고 이득을 (FM) 결합합니다. 지형도 작성 의견은 비침범성의, 고품질 화상 진찰을 제공하는 일반적인 두드리는 최빈값에서 작동합니다. 두번째 최빈값 드라이브 주파수는 공명에 90 도에 단계를, 지키기 위하여 조정됩니다.

이 공명 주파수는 끝 견본 상호 작용의 과민한 측정입니다. 간단히 말해서, 더 뻣뻣한 견본은 높은 가치에 더 연약한 견본이 더 낮은 가치에 그것을 이동하는 동안 두번째 공명을 이동합니다. 이것은 다양한 기계적인 모형을 통해서 양이 많은 계수 측정으로 변환될 수 있습니다 (군대를 단면도를 만드는 보십시오).

전통적인 FM 최빈값으로 것과 같이, AM-FM는 보수 및 낭비적인 끝 견본 상호 작용이 분리될 수 있는 양이 많은 기술입니다. AM-FM가 FM와 다른 곳에, 매우 간단하게 하는 둘 다 및 안정시키는 작동 Z 의견 루프가 FM 루프에서 완전하게 분리되다 입니다.

고주파 군대 변조

AM-FM 공가 홀더 (숫자 3), 우리는 전통적인 군대 변조 사용하기의 기술로 새로운 생활을 호흡했습니다. 이 공가 홀더는 군대 변조가 높은 진폭에 주파수의 광범위에 능력을 발휘하는 것을 허용합니다. 따라서, 새로운 고주파 군대 변조는 많은 새로운 지역 (숫자 제 2)에 있는 응용을 가진 견본 기계적 성질을 제시하기 위하여 증가한, 수시로 유일하게 다른 대조를 제공합니다.

접촉 공명 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내기

접촉 공명 (CR) 점성과 탄성을 지니는 지도로 나타내는 AFM는 탄성 계수 (숫자 4)의 양이 많은 측정을 열매를 산출하기 위하여 견본이 접촉 공명 주파수에 움직여지는 접촉형 기술입니다. 아주 뻣뻣한 물자 (>50 GPa)에 사용을 위한 1990 년대 후반에 발전해, 크롬 기술은 견본에 조정 위치에 원래 측정을 관련시켰습니다. 마지막 십년간에서는, 크롬 방법은 탄성 계수의 양이 많은 화상 진찰 (지도로 나타내기)를 위해 적응시켰습니다. 마지막 2 3 년에서는, 더 호환된 물자 (10 GPa에 계수 ~1 GPa)에 사용과 점성과 탄성을 지니는 속성의 측정을 위한 크롬 기술은 더 변경되었습니다.

우리의 소유 이중 AC™ 공명 추적 (DART) 및 악대 흥분 (BE) 기술은 접촉 공명을 다양한 견본에 고가로 imaged 인 허용합니다. 숫자 4는 폴리프로필렌/폴리스티렌 혼합 80/20의 다트 심상을 보여줍니다. 공명 주파수 및 질 요인이 둘 다 다트로 측정되기 때문에, 우리는 신축성에 있는 다름 및 방산에 있는 다름을 둘 다 검출해서 좋습니다.

숫자 3. AM-FM 공가 홀더는 AM-FM 화상 진찰을 위해 요구되고 또한 보인 추가된 기능 및 더 넓은 응용을 가진 전통적인 군대 변조 기술을 젊어지게 했습니다 (암호 AM-FM는 공가 홀더 입니다). 

숫자 4. 80/20의 폴리프로필렌/폴리스티렌 혼합의 cryotomed 표면의 4.5μm x 9μm 접촉 공명 심상. 만들어진 지세에 그려진 산출된 질 요인은 (a)에서 보이고 지세에 접촉 공명 f0는 (b)에서 보입니다. PP와 PS 사이 Q에 있는 경조는 그들의 대량 손실 계수에 있는 큰 다름으로 일관된 그러나, PP와 PS 지구 전시 그들의 대량 저장 계수에 있는 작은 다름으로 일관된 f0에 있는 더 적은 대조. 22 355705를 Gannepalli 나노 과학에서 그 외 여러분 적응시키는 (2011년).

수직 Nanoindenting

MFP NanoIndenter는 확실한 기기를 장치한 indenter이고 만입시기는 기계장치의 한 부분으로 외팔보를 사용하지 않는 첫번째 AFM 기지를 둔 indenter입니다. 최신식 AFM 센서의 이 특성 그리고 사용은 그밖 nanoindenting 시스템에 정확도, 정밀도 및 감도에 있는 상당한 이점을 제공합니다. 공가 indenters와는 다른, MFP NanoIndenter는 표면으로 만입시기는 끝 수직을. 이 수직 움직임은 공가 기지를 둔 시스템에서 고유한 과실 및 옆 운동을 피합니다. 전통적인 상업적으로 이용 가능한 기기를 장치한 nanoindenters에 비교해, MFP NanoIndenter는 기술을 느끼는 AFM의 우량한 정밀도를 군대와 압흔 깊이의 더 낮은 탐지 한계 그리고 고해상 측정을 제공합니다.

indenter는 접촉 지역의 양을 정하는 유일한 기능을 제공하는 AFM와 둘 다의 AFM 도량형학을 능력을 발휘해서 완전하게 만입시기는 끝 및 유래 압흔 (숫자 5와 6) 통합됩니다. 이 직접 측정은 전례가 없는 정확도 상대적인 간접적인 계산 방법을 가진 물자 속성의 분석을 가능하게 합니다. 디자인은 모놀리식 굴곡, 극소화 편류 및 그밖 과실 충분히 측정을 통해 수동적인 발동을 사용합니다.

견본 비행기에 있는 두는 정확도는 MFP-3D 폐회로 nanopositioning 센서를 사용하여 이하 나노미터입니다. 관심 분야에 CCD 심상 붙잡음으로 결합된 NanoIndenter 헤드는 향상된 회절 한정된 광학을 견본 끝의 정밀도 항법을 위해에 이용합니다.

상한 AFM 기능에 결합된 이 높게 양이 많은 공구는, 박막, 코팅, 중합체, 생체 적합 물질, 및 많은 그 외를 포함하여 다양한 물자의 특성에 있는 새땅을 끊습니다.

(균열의 남겨두는) 상아질과 (맞은) 사기질에 숫자 5. 압흔. 각 줄에 있는 압흔은 (1개의 줄은 돕니다) 동일 최대 군대로 만든 모두이었습니다. 사기질에 더 작은 톱니 모양의 자국은 상아질 보다는 더 단단하다, 70µm 검사를 설명합니다. 대응 군대 곡선은 숫자 6. 견본 의례 D. Wagner와 S. Cohen 의 과학의 Weizmann 학회에서 보입니다. 

사기질 (곡선의 좌 세트, 더 뻣뻣한) 및 상아질 (곡선의 맞은 세트, 더 연약한)에 숫자 6. 압흔 군대 곡선. 톱니 모양의 자국의 AFM 심상으로 양이 정해질 수 있는 실제적인 물자 변이와 접촉 지역 효력이 둘 다 가변성에 의하여 순종합니다.

군대 곡선, 지도로 나타내고기 군대 만들기 군대

군대 곡선

탐사기 끝으로 외팔보에 의해 경험된 상당한 힘은으로, 와 접촉하여 주어집니다, 그리고/또는 숫자 7에서 보이는 것처럼 견본 표면에서 떠나 군대 곡선에 의해 측정됩니다. 이 프로세스는 단 하나 위치에 탐사기가 숫자 6.에서 보이는 것처럼 견본 표면에 다른 위치로 때 또는 반복될 수 있습니다.

군대 곡선은 그 외 안과 분자 사이 결합 강도를 위한 몇명의 작용기의 친화력 같이 접착 같이 물자의 기계적 성질을, 경도 및 신축성 뿐 아니라 화학제품 특성 검토하고 병력을 접히기를 위해 이용됩니다.

군대 지도로 나타내기

군대 지도로 나타내는 것은 견본 속성의 제 2 배급의 구상을 위해 각종 군대 곡선 분석 일과와 협력하여 사용되는 정보 수집 기술입니다. 지도로 나타내는 군대를 위해, 군대 곡선의 XY 소집은 견본 표면을 통해 정규로 간격을 둔 간격으로 취합니다. 군대 곡선의 유래 소집은 군대 지도 또는 군대 양으로 수시로 불립니다.

사용자는 지역의 AFM 검사를 취해서 또는 광학적으로 견본을 AFM 검사 지역을 맞춰서 첫째로 관심 분야를, 일반적으로 지정합니다. 한 번 요구된 소집 규모와 데이터 조밀도 (또는, 군대의 수는 지역 당 구부립니다), XY piezo 움직임은 지정된 위치에 끝과 군대 곡선의 밑에 견본 취합니다 놓입니다.

데이터는 최신 분석을 위한 분리된 군대 곡선으로 저장되고 각종 자동화한 분석 일과는 그 때 능력을 발휘할 수 있습니다. 예를 들면, 고도 지도는 각 곡선의 트리거 점에서 산출될 수 있습니다, 접착 지도는 각 위치에 접착 적 최대 관점에서 산출되골, 신축성 모형은 각 군대 곡선에 적용될 수 있습니다. 분석의 결과는 제 2 가짜 군기 심상 음모를 꾸밉니다. 이 제 2 심상은 어떤 AFM 심상든지로 다만 조정되골, 또한 3D 지세 데이터 가진 또는 광학적인 현미경 검사법 데이터 (숫자 8)를 가진 오바레이를 위해 사용될 수 있습니다. 이것은 구조상 데이터에 기능적인 정보의 직접적인 관련을 허용하기 때문에, 강력한 기술입니다.

polyacrylamide 젤에 압흔을 보여주는 숫자 7. 군대 곡선. AFM 끝은 세포 배양에 사용된 polyacrylamide 젤 기질에 만입시겼습니다. 젤에는 대략 700 Pa의 계수가 있기 위하여 날조되었습니다. (빨간) 곡선의 압흔 부속에 헤르쯔 모형 (지독한 까만 선)를 적용하는 것은 기대값을 가진 유리한 계약에서 720 Pa의 측정한 계수를, 보여줍니다.

화상 진찰과 견본 속성 측정에 사용되는 숫자 8. 군대 지도로 나타내기. 그것에 공가 공중선회 가진 그리고 군대 지도로 나타내기를 위한 관심사 (빨간 상자)의 광학적으로 정의된 지구를 가진 세포의 광학적인 단계 대조 심상은 (a)에서 보입니다. AFM 지형도 작성 검사 (b)가 헤르쯔 모형 (취하고 분석된 후에 아래에서 설명이) 및 계수 가치를 사용하여, 신축성 군대 지도 음모를 꾸미고 제 2 심상 (c)로 디스플레이했다는 것을 보십시오. 계수 지도는 AFM 지세 심상에 입히고 3D에서 (d)에 있는 보호 시설 ARgyle 소프트웨어를 사용하여 만들어졌습니다.

숫자 9. 군대 곡선의 16x16 소집은 유리제 coverslip에 날조된 polyacrylamide 젤의 20µm 지역이라고 인수되었습니다. 보호 시설의 ModeMaster™ 붙박이 소프트웨어 기능은 동일 지역에 3개의 분리되는 군대 지도의 취득을 자동화하기 위하여 이용되었습니다. 외팔보의 각측정속도는 각 군대 지도 사이에서 (20µm, 2µm, 및 0.2µm) 변화되고 LVDT 센서에 의해 통제되었습니다. 각 곡선은 헤르쯔 Sneddon 모형을 사용하여 적합하 동일 모형 가정은 각각을 위해 적합했습니다 사용되었습니다 (분석 소프트웨어에서 자동적으로 능력을 발휘해). 일단 각 군대 지도가 적합하면, 각 심상을 위한 Young 계수의 막대 그래프는 동일 축선에 하고 음모를 꾸몄습니다. 가우스 곡선 맞추기 기능은 modulii의 각 시리즈의 비열한 +/- 표준 편차 가치를 결정하기 위하여 이용되었습니다. 데이터는 동일 만드는 매개변수를 사용할 때 각측정속도만 언제 변화되는지, 다른 계수 측정됩니다 건의합니다.

군대 만들기

보호 시설의 AFM 소프트웨어는 견본의 기계적 성질 (예를들면 숫자 7)를 결정하기 위하여 군대 곡선 데이터에 적용되는 각종 수학적 모형을 포함합니다. AFM로 분석될 수 있는 견본 모형의 다양성 때문에, 아무 모형도 정확하게 모든 견본의 속성을 결정하기 위하여 이용될 수 없습니다. 추가로, 대부분의 모형은 끝, 견본, 또는 다른 견본 중 또는, 동일 견본을 위한 다른 군대 곡선을 통해 조차 아마 더 중요하게 변경할 수 있는 끝 견본 접촉에 관하여 가정을 의지합니다. 예를 들면, 끝 기하학은 압흔 데이터를 분석할 때 결정적입니다, 그래서 각종 기하학은 기준의 다양성에 대하여 설명하기 위하여 (콘, 구체, 펀치, 입방체 구석, Berkovich, 등등…) 만들어질 수 있고 기기를 장치한 indenter 이외에 변경한 AFM 끝은, 기울입니다. 각 모형에서 보호 시설 소프트웨어는 각종 가정을 조사자에 의해 필요에 따라서 변경되는 것을 허용합니다. 보호 시설 소프트웨어에서 포함됩니다:

  • 헤르쯔/Sneddon 모형: 이 대중적인 모형은 AFM에 의해 분석된 많은 견본에 압흔이 완전히 탄력 있을 것에 있고을 가정될 때 적용되고, 일반적으로, 비 접착제, 균질성 물자 (숫자 7) 이용됩니다. 이 모형은 세포의 기계적 성질 및 그들의 환경이 영향 함수에 있던 생물학에서 널리 씁니다. 숫자 9는 유리제 coverslip에 날조된 polyacrylamide 젤의 20µm 지역에 3개의 다른 각측정속도에 취한 군대 곡선의 3개의 16x16 소집을 위한 막대 그래프를 보여줍니다. 가우스 곡선 맞추기 기능은 계수의 각 시리즈의 비열한 +/- 표준 편차 가치를 결정하기 위하여 이용되었습니다. 데이터는 동일 만드는 매개변수를 사용할 때 데이터가 취한 각측정속도만 변화될 때, 다른 계수는 측정된다는 것을 건의합니다.
  • Oliver Pharr 모형: 이 모형은 견본이 영구 불변을 전시할 때, 플라스틱 개악 이용됩니다. 그것은 보호 시설 연구 NanoIndenter 같이 기기를 장치된 압흔 장치로 장악된 데이터에 주로 사용됩니다. 그것은 재료 과학에서 광대하게 사용됩니다.
  • 존슨 Kendall 로버트 (JKR) 모형: JKR 모형은 끝과 견본 사이 강한 접착성 접촉이 있을 때, 그리고 견본에 압흔과 비교될 끝의 규모가 크 때 이용됩니다.
  • Derjaguin 막자 Toporov (DMT) 모형: DMT 모형은 그리고 견본 압흔과 비교될 끝 규모가 작 때, 약하고 그러나 탐지가능한 접착성 군대가 있는 견본에는을 위해 유용합니다. JKR 모형 같이, DMT는 압흔 분석의 각종 지역에 널리 보급된 응용을 보는 것을 시작하고 있습니다.
  • 가소성 색인, 군대/접착 비율 및 Tabor 계수 계산을 포함하여 모형 선택 가이드.

보호 시설의 독점적인 모형 선택 가이드는 각종 그들의 데이터를 위한 가장 적합한 기계적인 모형에 사용자를 인도하기 위하여 매개변수를 분석합니다. 예를 들면, 끝 견본 접착이 있을 경우, 소프트웨어는 헤르쯔 모형이 적합하지 않다, 그리고 접착을 포함하는 모형이 이용되어야 한다는 것을 사용자를 통지할 것입니다. 산출된 선택 매개변수는 사용자에게 항상 정보통 결정이 할 수 있다 그래야 디스플레이됩니다. 기술을 만드는 각종 군대의 추가 세부사항 그리고 보기는 다른 곳에 제공됩니다.

결론

토론하곤, 이해 nanomechanical 속성으로 중요한 물자는 다양한의 행동 그리고 성과 산업으로, 생물학으로 그리고 구조상으로 평가를 위한 기본적인 중요성 입니다. 이 물자의 복합성 때문에, 아무 공구도 이 평가를 위해 요구된 상세하고 정확한 정보를 제공하지 않습니다.

보호 시설의 암호와 MFP-3D AFMs를 위한 NanomechPro 툴키트는 공구의 연구원이 물자의 광범위를 위한 이 nanoscale 기계적 성질을 검토하고 이해할 것을 돕도록 한 벌을 제공합니다 - 이들은 그 외의 사이에서 신축성, 점성, 접착 및 van der Waals 군대를, 포함합니다. NanomechPro 각종 공구는 무료합니다 - 각 기술은 견본의 다른 반응을 시험하고 기록합니다. 이 공구는 수시로 동시에 사용될 수 있고 이 기술의 몇몇은 보호 시설 연구에 소유 이어, 연구원에게 다른 어떤 공구에 유효한 정확하고 명백한 정보를 제공하.

보호 시설 연구에 관하여

보호 시설 연구는 물자와 bioscience 응용 둘 다를 위한 원자 군대 그리고 스캐닝 탐사기 현미경 검사법 (AFM/SPM)에 있는 기술 지도자입니다. 1999년에 발견해, 그(것)들은 nanoscience를 위한 혁신적인 기계 사용에 전념한 직원에 의하여 소유된 회사 및 우리의 직원의 사이에서 결합한 AFM/SPM 경험 250 년 이상과 더불어 나노 과학, 입니다.

그들의 계기는 생체 적합 물질, 화학에게 느끼고는, 중합체, 콜로이드 군대, 접착, 및 더 많은 것을 위한 DNA에 단 하나 분자 기계적인 실험을 포함하여 재료 과학에 있는 다양한 nanoscience 응용을 위해, 물리학, 중합체, 화학, 생체 적합 물질 및 bioscience, 단백질 전개 및 중합체 신축성, 뿐 아니라 군대 측정 사용됩니다.

이 정보는 보호 시설 계속 연구에 의해 제공된 물자에서 sourced, 검토해서 그리고 적응시켜 입니다.

이 근원에 추가 정보를 위해, 보호 시설 연구를 방문하십시오.

Date Added: Sep 5, 2012 | Updated: Jan 11, 2013

Last Update: 11. January 2013 12:21

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