纳米尺度热分析(纳米ta)测定多相聚合物的热性能

诸如差示扫描量热法（DSC）和调制温度DSC（MDSC），热机械分析（TMA），热重分析（TGA）和动态机械分析（DMA）的热技术是探明用于表征聚合物组成和形态的方法。

通常可以通过参考其特征过渡温度和热稳定性来识别和量化材料。欧洲杯足球竞彩然而，对传统的热技术的严重限制是它们仅提供样品平均响应，并且不能提供关于样品上或内部的特定特征的信息。

例如，DSC测量可以指示存在多个相的存在，但是该方法通常不能提供关于相位大小或分布的任何信息。这特别影响聚合物共混物领域的科学家（其中共混形态对建立其材料性能至关重要），涂料（其中缺陷诸如凝胶形成致力于抗冲击性能）和复合材料。

要解决这个问题，请阅读等人。开发了局部热分析（LTA）技术^[1]使用热探针在样品上非常局部地执行加热以获得局部热响应，而不是加热整个样品以获取样品平均响应。该方法仅限于微米尺度分辨率，直到南·伊利诺伊大学威廉·王国教授在VillinaChamaign的威廉国王教授的制造中突破了纳米级热探针（AFM）^［2］．这些探针与AFM一起促进了局部热分析，达到了低于100纳米的分辨率，并导致了Anasys Instruments的纳米ta技术。

纳米ta是一种LTA方法，它将AFM的高空间分辨率成像能力与理解空间分辨率在100 nm以下材料热行为的能力相结合。欧洲杯足球竞彩为了实现这一目标，传统的AFM探针被一种特殊的纳米ta探针取代，该探针具有嵌入式微型加热器，并由专门设计的纳米ta软件和硬件控制。

AFM使表面能够以纳米级分辨率通过其标准成像模式可视化，这允许用户选择用于检查表面的热特性的空间位置。然后，用户通过探针尖端施加热量并测量热机械响应来获取该信息。在聚合物和药物领域的亚100nm lta应用的文献中存在许多例子。^[3-6]．

对纳米Ta技术的反复考虑是其与散装热分析的相关性。一个可能的问题是AFM探头尺寸在纳米TA模式下产生约10MPa的接触压力，比散装题头力学分析的接触压力高的两个数量级。TMA。此外，来自探针的较大的触点半径会提出与可追溯性概念相关的问题。

这并不意味着批量和局部测量将或应该同意，因为纳米级的热效应可以具有自己的动态。以便了解这些方面，已经完成了最近的工作来了解散装技术与纳米TA测量之间的相关性，本文审查了结果。（本文首次发布为2007年11月的美国实验室问题的特色文章，本文已从该文件中摘录出版商的许可。）

实验装置

使用veeco Multimode AFM安装了实验Anasys仪器纳米TA模块以及Anasys的纳米热探针。

使用攻丝模式AFM记录图像。呈现的纳米Ta数据是探针悬臂偏转（同时与样品表面接触）绘制探针尖端温度。在尖端下方的材料软化期间发生的玻璃过渡或熔化等事件产生悬臂的向下偏转。以便验证测试的感兴趣点，在执行温度斜坡后经常记录图像。

结果和讨论

图1显示了这些半晶体材料（左）和额外的无定形或热固性系统（右）的加热速率依赖性偏转曲线。欧洲杯足球竞彩图1中的曲线显示悬臂的偏转，因为探针下面的表面膨胀，直到通过过渡的接触压力下的材料产量。

图中的所有曲线都是3-5个测量值的平均值。加热速率跨越两个数量级，从0.1°C/秒(桥接典型的TMA和DSC速率)到10°C/秒。探针的小热体积使得极高的加热速率(高达10,000°C/秒)可以实现。总的来说，晶体材料具有相对不变的升温速率，而非晶材料表现出更欧洲杯足球竞彩大的速率依赖性，因为升温速率更高，温度更高。这与非晶材料的玻璃化转变或软化一样。

图1。半晶材料（左）和非晶系统（右侧）的偏转曲线。欧洲杯足球竞彩

在图2a中，图提供了在三个升温速率下获得的LTA开始测量值与在10°C/min下获得的DSC开始值的最小二乘拟合。拟合良好，相关系数均大于0.99。

与DSC开始测量相比，LTA测量在所有速率下都倾向于有正偏移。采用斜率和最小偏移准则，LTA与DSC的理想相关性是在最低升温速率(0.1°C/ s)下获得的起始温度。以类似的方式，在图2b中，LTA结果与TMA开始测量值进行了比较。

该曲线提供了在三个速率下获得的LTA发作测量的最小二乘拟合，以在5°C /分钟内获得的TMA发作值。同样，配合优异，相关系数超过0.96。LTA测量倾向于在相对于在5℃/分钟的TMA发作测量获得的所有速率具有稍微负偏移。使用斜率和最小偏移原理，LTA至TMA的理想相关性用于以1°C /秒的加热速率达到的起始。从数据中可以看出，批量方法和LTA方法之间的相关性良好。与散装技术相比的LTA数据的偏移表明，关于LTA反应可能更微妙。

在DSC的情况下，LTA的反应温度似乎高于DSC。这可能是因为材料中的热流的性质来自于尖端而不是周围环境。较低的LTA升温速率明显更接近本体的DSC起始温度。对于TMA而言，LTA似乎在略低于TMA的温度下作出响应。

这可以在接触压力和/或改善偏转灵敏度的变化中来源。这两种偏移都需要进一步调查。绝对值显然是不同的，但不是出于两个标准散装技术TMA和DSC之间的变化范围。

图2。a）与DSC B）与TMA的比较。

结论

研究人员用传统热分析方法和局部纳米热分析方法在不同的实验条件下对各种均相聚合物样品收集的数据进行了比较。这项研究显示了纳米尺度和体热分析之间的高度相关性。

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致谢

作者对Dow Chemical Company和美国实验室杂志表示感谢，以便许可允许在2007年11月发表的文章中摘录部分。

参考

1.Hammiche, a;阅读,m;波洛克,莫莱森;歌,m;用微型电阻探针进行局部热分析。启科学。1996年第67期，4268-74期。

2.国王，W.P.;肯尼，k;Goodson，K;十字架，g;绝佳，米;杜格，u;Rothuizen，H;啤酒，g;Vettiger，P.原子力显微镜悬臂组合热机械数据写入和阅读。 Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 1300–2.

3. HARDING，L .;国王，W.P;克雷格，d.q.m;读。局部热机械分析和加热尖端脉冲模式AFM的部分无定形材料的M.纳米级成像。欧洲杯足球竞彩药。res。（印刷机），2007年。

4.纳尔逊，B.A .;国王，W.P.纳米级空间分辨率使用加热探针提示热分析。科学仪器审查（在虚拟纳米科技和纳米技术第15,2007），78,23,702中重新发布在线。欧洲杯线上买球

5.尼尔森，B.A ;;国王，W.P.温度校准加热硅原子力显微镜显微镜悬臂。传感器和执行器A，140,51-59,2007。

6. Germinario，L​​。聚合物，薄膜和涂层的纳米热分析。被邀请的纸张，介绍了显微镜和微分析会议，劳德代尔堡，佛罗里达州，2007年8月5日。

这些信息来源于布鲁克纳米表面公司提供的材料，该公司已经收购了Anasys Instruments公司。欧洲杯足球竞彩有关此来源的更多信息，请访问力量纳米表面。