原子力显微镜

聚合物研究

聚合物结构和形态的纳米级成像

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Peakforcetapping®(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:

  • 分子排列/缺陷
  • 原纤维,薄片,刷子
  • 相互强调,相分开的域

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
  • 相分离的共聚物
  • 聚合物复合材料中的纳米燃料


PS-PMMA块共聚物的TappingMode地形(左)和相(右)图像。相位根据各个组件的材料特性显示高分辨率对比度。1.4µm扫描。

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:

  • 结晶/熔化
  • 退化/分解
  • 连锁和刷子订购
  • 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。

随着温度的变化,聚(二乙基硅氧烷)(PDES)(PDES)的高速成像通过固体,液体和液晶状态进行过渡。

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,难以成像。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。峰值攻击即使在最小,最具挑战性的样品中,启用<100 pn力控制最高分辨率成像。由于这项技术与地形同时绘制了机械性能,因此通过这种专有技术,全面的理解更容易实现。

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
  • 管理处理条件
  • 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

聚合物的粘弹性特性对于许多商业应用都是至关重要的,范围从振动隔离和噪声阻尼到休克吸收,耐污垢涂层以及依赖温度的要求。宏观的性质受纳米级结构的控制,例如相互重点,界面和域。需要时间温度叠加来充分理解粘弹性行为。

布鲁克的AFM-NDMA模式提供完全定量的粘弹性映射,包括存储和损失模量以及损失切线(与粘附区分开)。流变温度和频率范围可在纳米级的主曲线结构。

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

导电聚合物用于许多电子应用(例如有机光伏)。有机半导体的电荷运输特性和载体迁移与结构秩序水平直接相关。在多个长度尺度上绘制导电途径的能力是提高效率的关键。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。