原子力显微镜

聚合物的研究

聚合物结构和形态的纳米成像

由于其坚固,环保和成本效益优于其他材料,聚合物在研究和制造中无处不在。雷竞技网页版聚合物表面在微观尺度上呈现不均匀性,这会影响其在环境中的粘附性、润湿性、耐磨性和降解性,这使得它们能够被定制以适应非常广泛的用途。原子力显微镜已成为表征聚合物的首选技术。它的优点是在分析过程中不需要使用真空或在样品上导电覆盖;以及用原子分辨率直接测量高度和粗糙度的能力。此外,AFM技术不需要预先对样品进行复杂处理,以表征不同聚合物薄膜的形态、微观结构和结晶度。

布鲁克原子力显微镜通过TappingMode(成分映射,动态行为快速扫描)和专有技术,实现了纳米分辨率聚合物的无损原位成像PeakForce攻®(最高分辨率成像,定量属性映射)。这些和其他纳米级表征技术涵盖了结构长度尺度的全部范围:

  • 雷竞技怎么下载分子排列/缺陷
  • 原纤维,薄片,毛刷
  • 相间,相分离域

模量图显示了横截面包装材料的ULDPE粘结层到PS/LDPE密封层之间的过渡。图像大小为3μm。

高分辨率成分映射

组分或多相的纳米级分布对聚合物的功能至关重要。物理AFM尖端-样品相互作用可以同时检测多种样品性质。TappingMode相位成像提供了基于材料属性差异的定性成分映射。布鲁克的原子力显微镜可以详细描述:

  • 非晶、结晶、中晶区域
  • 聚合物共混物中的纳米结构域
  • 乳剂的共聚物
  • 高分子复合材料中的纳米填料


PS-PMMA嵌段共聚物的TappingMode形貌(左)和相(右)图像。相位显示基于各种组件的材料特性的高分辨率对比度。1.4µm扫描。

动态行为和过程的原位研究

聚合物动力学的范围从固有的热行为到与环境的相互作用。直接观察结构变化可以提供对关键机制和动力学控制的见解:

  • 结晶/融化
  • 退化/分解
  • 链刷排序
  • 片晶的形成

的tip-scanningFastScan AFM使高速TappingMode成像动态行为在实时和真实空间,独立于样本量和环境。

随着温度的变化,聚二乙基硅氧烷(PDES)在固体、液体和液晶状态下的转变的高速成像。

具有挑战性的聚合物结构的纳米成像

聚合物的某些特征,如刷状结构、链状填料和分子/点缺陷,很难成像。雷竞技怎么下载成像力的直接控制是解决这些分子和中尺度结构的关键。雷竞技怎么下载PeakForce攻即使在最小,最具挑战性的样品上,也可以实现<100 pN力控制,以实现最高分辨率成像。由于该技术可以同时绘制机械性能和地形,因此使用该专有技术可以更容易地实现全面的理解。

在iPMMA上的亚分子分辨率粘附。雷竞技怎么下载100纳米图像。(样本由马丁-路德-哈雷-维滕贝格大学T. Thurn-Albrecht提供。)

定量弹性模量映射

高分子材料的机械性能至关重要:雷竞技网页版

  • 优化配方/混合
  • 管理加工条件
  • 评估产品寿命

微观组织需要表征界面/界面处的杨氏模量和刚度。PeakForce QNM®提供开箱即用的纳米分辨率定量弹性模量映射,使研究人员能够更轻松,更有效地表征聚合物。

层状封装的峰值力QNM图像显示纳米级结构和模量值接近相边界。这些高分辨率的地图揭示了层界面附近片层的有序度增加。4µm扫描。

定量粘弹性测量

聚合物的粘弹性是许多商业应用的核心,从隔振、减噪到减震、耐污涂层,以及与温度相关的要求。宏观属性由纳米级结构控制,例如,界面、界面和域。时间-温度叠加是充分理解粘弹性行为的必要条件。

力量的AFM-nDMA模式提供完全定量的粘弹性属性映射,包括存储和损失模量,以及损失切线(与附着力分开)。流变温度和频率范围能够在纳米尺度上构建主曲线。

四组分(COC, PE, LLDPE,弹性体)聚合物的高分辨率存储模量图(左)。在各个点收集的存储模量光谱(右)。

雷竞技怎么下载有机半导体的分子电导率作图

导电聚合物用于许多电子应用(例如,有机光伏)。有机半导体的电荷输运性质和载流子迁移率与结构有序程度直接相关。在多个长度尺度上绘制导电路径的能力是提高效率的关键。PeakForce-TUNA使分子分辨率,定雷竞技怎么下载量电导率图,而不损坏精致的样品。有了这项技术,研究人员现在可以直接可靠地将形貌和纳米力学性能联系起来。

使用3V偏置的聚(3-己基噻吩)(P3HT)有机导电纳米线的峰力TUNA电流图。