原子力顯微鏡（AFM）是一種具有納米級甚至原子級分辨率的表面分析的強大工具,它能夠表征材料的拓撲結構和局部物理特性,還能夠在納米尺度上操縱樣品。基于AFM的峰值力定量納米力學技術（PF-QNM）因其具有無損表征、高分辨率成像和定量樣品表面力學性能等優(yōu)點而受到越來越多的關注。本文詳細介紹了基于AFM的PF-QNM技術對熱塑性彈性體（TPE）和超分子組裝體的微觀結構和納米力學性能的表征和分析,幫助建立材料結構與力學性能的關系。進一步發(fā)展和完善PF-QNM技術在材料表征中的方法學。本文主要內容如下所示:1.運用PF-QNM技術首次研究了NBR/PVC復合材料中的微觀結構和納米力學性能。首先,將含有28%丙烯腈的NBR與增塑PVC通過機械混合制備NBR/PVC復合材料,然后通過PF-QNM技術檢測所得NBR/PVC復合材料的微觀結構、均質性和納米力學性能。在測試和區(qū)分各相的結構和納米力學性能時,通過選擇合適的AFM探針和優(yōu)化測試參數(shù),以確保樣品成像的準確性。本文表明,PF-QNM技術可以直接可視化地檢測到NBR/PVC復合材料中NBR相、混合相和PVC微晶相的三相共存結構,并直接觀察到共混體系... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

AFM的基本構成部分的示意圖[6]

，從而可以刻蝕形成一個非常鋒利的針尖[9]。人們發(fā)現(xiàn)不僅針尖的銳度對AFM很重要，而且針尖原子的配合也很重要。針尖和樣品可以看作是兩個巨大的分子[10]。在兩個原子或分子之間的相互作用中，雙方的化學性質和空間排列起著至關重要的作用。對于具有真正原子級分辨率的AFM，針尖最前端原子的結構、鍵合和化學特性都是至關重要的。在[001]取向的硅針尖中，最前面的原子暴露了兩個懸空鍵，只有兩個鍵連接到針尖的其余部分。在指向[111]方向的針尖最前端的原子與針尖的其余部分有三個鍵，所以很明顯指向[111]方向的針尖更穩(wěn)定（圖1-2）。比如Si737，針尖最前端的原子被三個鍵固定，形成一個非常穩(wěn)定的針尖。實驗表明，從硅片上分離出來的這種針尖可以非常接近樣品表面而不損害樣品[11]。圖1-2硅針尖尖端原子排列的模型（a）指向[001]的方向，（b）指向[111]的方向[12]。Figure1-2Modelofatomicarrangementsforbulkliketerminatedsilicontips,(a)pointingina[001]directionand(b)ina[111]direction[12].第一個探針的懸臂梁是由金箔制成的，上面附著一個金剛針尖。甚至還可以用家用鋁箔[4]和蝕刻鎢絲[13]切割成簡單的懸臂梁。后來，硅微加工技術被用于制造具有良好力學性能的懸臂梁。最初，大量投產的懸臂梁是由SiO2和Si3N4制成[14]。后來，懸臂梁用氮化硅加工而成[15]。當今使用的最常見懸臂梁是由硅制成的，其集成針尖的尖端指向[001]晶體方向[16]。對探針進行各種表面處理來增加其背面的反射率，以提高反射激光束的被檢測效率。在頂端安裝熱敏元件；以改善針尖

青島科技大學研究生學位論文5磨損。選用特定性能的材質，以獲得具有導電性和磁性的探測器探針。懸臂梁有三角形和長方形之分（如圖1-3A），其長度在100-400nm范圍內變化。其針尖呈金字塔形或圓錐形，高度可達數(shù)微米。這些針尖的張開角變化范圍在30-90°之間，其針尖最小半徑只有5nm。圖1-3各種探針的SEM圖[17]Figure1-3SEMimagesofvariousprobes[17]圖1-3中A和B為常見的商用AFM探針的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。A為五個商用AFM懸臂梁的SEM圖像（左）和單個三角形懸臂梁的詳細視圖（右）。三角形的Si3N4探針通常被應用于接觸模式，探針的彈性系數(shù)在0.1-0.01N/m之間。有許多種類的蝕刻Si探針，其矩形懸臂梁的彈性系數(shù)范圍為0.1-500N/m，共振頻率范圍為10-500kHz。圖1-3B為金字塔狀針尖（左圖為左視圖，中間圖為俯視圖）和一個聚苯乙烯珠（右圖）的SEM圖像。C為截面約為lμm2的微加工圓柱形平板AFM針尖的SEM圖像。左側圖像顯示了一個圓柱形的針尖，側視圖和俯視圖的細節(jié)分別顯示在中間和右側圖像中。Tortonese等人[18]利用硅的壓阻效應建立了帶有集成針尖和內置的撓度測量的自感知懸臂梁。1993年，Murrell等人[19]發(fā)明了導電AFM，它使用導電納米探針在掃描過程中檢測在針尖與樣品之間流動的電流。碳納米管探針是一種理想的AFM探針，因為它們的直徑只有1nm，而且還具有強大的機械性能，并且可以在用化學和生物方法對探針進行特殊的功能化修飾[20]。碳納米管針尖對生物結構進行高分辨率功能成像方面具有很大的潛力。隨著AFM的發(fā)展以及測試樣品的

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Mechanical Properties of Micro-regions in Cement-based Material based on the PeakForce QNM Mode of AFM[J]. 任梅,施韜,David J.Corr,Surendra P.Shah.  Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2019(04)



本文編號：3212715