用于纳米尺度热分析的AFM驱动器

高分子纳米薄膜和纳米复合材料被广泛地用于从食品包装和体育器材、以及汽车和航空工业的各个领域。热分析在这类材料的研究中是一个非常常用的手段,但是随着材料的尺度逐渐进入纳米的范围,传统的检测块体材料的仪器就没有了用武之地。

近年来,出现了一种基于原子力显微镜的纳米热分析技术(nanoTA),可以检测100纳米以下的材料与温度变化相关的性能。一般来讲,纳米热分析最适用于柔软的高分子材料。来自美国伊利诺伊大学厄本那—香槟分校和Anasys Instruments公司的研究人员他们可以将该技术推广到坚硬的高分子材料中,例如树脂或者有填充物的复合材料。

“通过这种新的技术,我们可以迅速地在很宽的频率范围内测量材料的同温度和频率相关的性能”,领导该项研究的William King教授介绍说。新技术的原理是在自加热的原子力显微镜探针的U形臂上加上一个电流,然后通过加一个磁场同电流相互作用。通过改变磁场我们就可以控制AFM针尖同样品表面的作用力。

文章的第一作者-Byeonghee Lee说道:“我们可以做到同加热温度无关的纳米尺度作用力的调节”。

Anasys Instruments公司的首席技术官Craig Prater,也是本文的作者之一补充说:“对于高度填充或高度交联的材料,以及100nm以下的薄膜,传统的纳米热分析技术进行测量时都很不给力。新技术很好地解决了这些问题,使我们可以获得关于这些材料的准确的玻璃化,和熔化温度。”

B. Lee et al., Nanotechnology ; DOI: 10.1088/0957-4484/23/5/055709