原子力显微镜

聚合物研究

Nanoscale imaging of polymers structure and morphology

由于其与其他材料相比,它们具有强大的,环保的和具有成本效益的性质,因此在研究和制造中无处不在。必威手机客户端聚合物表面以微观量表的形式表现出均匀性,这可能会影响其在环境中的粘附,润湿性,磨损和降解的特性,这使它们可以被定制以适合非常广泛的用途。原子力显微镜已成为表征聚合物的首选技术。一些优点是,在样品上分析或导电覆盖过程中不必使用真空。以及通过原子分辨率直接测量高度和粗糙度的能力。此外,AFM技术不需要先前对样品进行复杂处理,以表征不同聚合物膜的形态,微结构和结晶度。

Bruker AFMS启用无损害的,以纳米分辨率的聚合物的原位成像(组成映射,动态行为的快速扫描)和专有峰值攻击®(最高分辨率成像定量属性mapping). These and other nanoscale characterization techniques cover the full range of structural length scales:

  • 分子排列/缺陷
  • 原纤维,薄片,刷子
  • Interphases, phase-separated domains

模量图像显示了横截面包装材料的uldpe领带层之间的过渡到PS/LDPE密封剂层。图像尺寸3μm。

高分辨率组成映射

组件或多重力的纳米级分布对于聚合物功能至关重要。物理AFM尖端样本相互作用可以同时检测多个样本属性。TappingMode相成像基于材料特性的差异提供定性组成映射。布鲁克的AFMS可以详细表征:

  • 无定形,结晶,介导区
  • 聚合物混合物中的纳米域
  • Phase-separated copolymers
  • 聚合物复合材料中的纳米燃料


TappingMode topography (left) and phase (right) images of PS-PMMA block copolymer. Phase shows high-resolution contrast based on material properties of the various components. 1.4µm scan.

原位研究动态行为和过程

聚合物动力学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有关关键机制和动力学管理的见解:

  • Crystallization/melting
  • Degradation/decomposition
  • Chain and brush ordering
  • 薄片形成

尖端扫描FastScan AFM在实时和真实空间中,启用对动态行为的高速TappingMode成像,与样本量和环境无关。

High-speed imaging of poly(diethylsiloxane) (PDES) transitions through solid, liquid, and liquid crystal states as temperatures change.

具有挑战性的聚合物结构的纳米级成像

某些聚合物特征,例如刷子结构,链条包装和分子/点缺陷,很难成像。直接控制成像力对于解决这些分子和中尺度结构至关重要。峰值攻击enables <100 pN force control for highest resolution imaging, even on the smallest, most challenging samples. Since this technology maps mechanical properties simultaneously with topography, a comprehensive understanding is much easier to achieve with this proprietary technology.

IPMMA上的峰值敲击分子分辨率粘附。100 nm图像。(样本由T. Thurn-Albrecht,Martin-Luther-Universitaet Halle-Wittenberg提供。)

定量弹性模量图

聚合物材料的机械性能至关重要:必威手机客户端

  • 优化配方/混合
  • Managing processing conditions
  • 评估产品寿命

微观组织需要表征Young的模量和相互界面处的刚度。PeakforceQNM®提供纳米分辨率的定量定量弹性模量映射,使研究人员能够更容易有效地表征聚合物。

层状包装的峰值QNM图像显示纳米级结构和模量值附近边界。这些高分辨率地图揭示了在层界面附近的薄片的增加。4µm扫描。

定量粘弹性测量

Viscoelastic properties of polymers are central to many commercial applications, ranging from vibration isolation and noise damping to shock absorption, dirt-resistant coatings, and temperature-dependent requirements. Macroscale properties are governed by nanoscale structure, for example, interphases, interfaces, and domains. Time-temperature superposition is needed to fully understand viscoelastic behavior.

布鲁克'sAFM-NDMA模式provides fully quantitative viscoelastic property mapping, including storage and loss modulus, as well as loss tangent (separate from adhesion). Rheological temperature and frequency ranges enable mastercurve construction at nanoscales.

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

有机半导体的分子电导率映射

Conductive polymers are used in many electronic applications (e.g., organic photovoltaics). Charge transport properties and carrier mobilities of organic semiconductors are directly related to level of structural order. The ability to map conductive pathways over multiple length scales is key to improving efficiency.Peakforce-Tuna启用分子分辨率,定量电导率图,而不会损害细腻的样品。借助这项技术,研究人员现在可以直接可靠地将地形和纳米力学特性相关联。

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