聚合物材料是當(dāng)前科學(xué)研究的重點(diǎn)區(qū)域，在納米尺度上表征聚合物、了解材料的納米結(jié)構(gòu)和特性十分重要。傳統(tǒng)的原子力顯微鏡成像模式對于具有陡峭邊緣或軟、粘或松散附著在表面的樣品存在不足^[1-2]，在測量軟性樣品時可能會導(dǎo)致樣品發(fā)生變化，影響測量結(jié)果。布魯克JPK 原子力顯微鏡發(fā)布了新的成像模式定量成像(QI™)，在測試過程中無需施加任何橫向力，并允許用戶控制每個像素的垂直力，保證測試結(jié)果更加精確。

定量成像(QI™)

布魯克生物型原子力顯微鏡結(jié)合PeakForce Tapping和QI™的定量納米力學(xué)技術(shù)可確保不超過設(shè)定的力施加到樣品上，該工作原理可以輕松對軟材料成像：如水凝膠或生物分子、粘性樣品、聚合物或細(xì)菌、納米管、流體中的病毒顆粒、粉末或MEMS結(jié)構(gòu)。QI™可以在任何環(huán)境下使用，不受樣品幾何形狀的限制，也不需要特殊的懸臂即可進(jìn)行測試，可以疊加復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物力學(xué)性能和高度信息輸出三維圖像，保證測試結(jié)果直觀且精確。

應(yīng)用案例

1.Celgard®隔膜

Celgard®是一種市售微孔膜，作為隔膜廣泛應(yīng)用在鋰電池中，這種隔膜是由單層聚丙烯通過特殊的干拉伸工藝生產(chǎn)的。這些材料通過其高的表面體積比和顯著的光纖互連性表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。利用原子力顯微鏡QI™對纖維密度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、微尺度間隙和纖維厚度進(jìn)行研究，克服了傳統(tǒng)間歇接觸模式成像納米纖維的難題。例如其柔軟性和三維孔狀結(jié)構(gòu)，通過施加在單個纖維上的力可以高精度地控制測量，從而保持整體不發(fā)生形變。

(a) Celgard®結(jié)構(gòu)的高度圖像；(b)力距曲線，可提取坡度、附著力等定量數(shù)據(jù)；(c)Celgard®三維彈性信息疊加圖

2.納米纖維網(wǎng)絡(luò)

納米纖維網(wǎng)絡(luò)是在醋酸中以11wt%的PCL和2wt%的TEA溶液靜電紡絲而成的。不同彎曲角度的卷曲納米纖維在該結(jié)構(gòu)中隨機(jī)排列，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致成像難度較大，通過QI™對其進(jìn)行三維成像，借助該模式定量納米力學(xué)可以清楚且精確的觀測到纖維密度較高的區(qū)域具有較高的彈性值，有助于對提升材料性能提供研究思路。

（a）納米纖維的高度圖像，深溝可以限制分辨率分辨；(b)三維形貌與彈性信息的對應(yīng)疊加圖

聚合物由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特性和力學(xué)特性使得表征分析成為難題，原子力顯微鏡QI™模式可以精確有效的以定量納米力學(xué)對聚合物材料進(jìn)行表征，通過精確的力學(xué)控制彌補(bǔ)掃描電鏡、透射電鏡的表征的不足，不影響材料本身的前提下以三維圖像疊加力學(xué)特點(diǎn)呈現(xiàn)測試結(jié)果，為研究聚合物力學(xué)性能提供新方法。

總結(jié)

聚合物結(jié)構(gòu)和結(jié)晶是原子力顯微鏡測量的重點(diǎn)領(lǐng)域，在不同條件下可以看到表面和結(jié)構(gòu)以及材料性能差異。對于聚合物成像，原子力顯微鏡具有高分辨率和穩(wěn)定性保證成像效果。除此之外，布魯克JPK提供了特別設(shè)計(jì)的加熱裝置及，可以在加熱過程中以最小的橫向或垂直漂移實(shí)現(xiàn)高分辨率掃描，為聚合物類材料的分析提供了更寬更廣的平臺。

參考文獻(xiàn)：

[1] Gadegaard N.: Atomic force microscopy in biology: technology and techniques, Biochemistry and Histochemistry 81: 87-97, 2006

[2] Braga, P.C., Ricci, D.: Atomic Force Microscopy: Biomedical Methods and Applications, Hamana Press Inc., Totowa, 2004

本文數(shù)據(jù)來源于《布魯克網(wǎng)站》

儀器推薦

產(chǎn)品介紹

NanoWizard® 4 XP生物型原子力顯微鏡在一個系統(tǒng)中可提供原子分辨率，高達(dá)150行/秒的快速掃描以及100µm大掃描范圍。即使置于倒置光學(xué)顯微鏡上，對從單分子到活細(xì)胞和組織的樣品進(jìn)行長期實(shí)驗(yàn)，其具有優(yōu)異的機(jī)械和熱穩(wěn)定性。

主要特點(diǎn)：

■具有快速掃描選項(xiàng)，高可達(dá)每秒150行，可用于跟蹤動態(tài)過程

■標(biāo)配Bruker PeakForce Tapping技術(shù)

■大掃描范圍，100 × 100 × 15 µm³，且在倒置顯微鏡上具有原子晶格分辨率

■全新的基于工作流程的用戶界面，符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，易于操作

■新增Tiling拼接功能，可與HybridStage一起自動映射大樣品區(qū)域

■增強(qiáng)的DirectOverlay 2模式用于精準(zhǔn)與顯微鏡關(guān)聯(lián)

■全新的Vortis 2控制器，具有高速低噪音DAC位置傳感器讀取技術(shù)

■高的靈活性和可升級性，擁有廣泛的模式和配件