寻找一种能够以纳米尺度或分子分辨率测量软非均质材料（如聚合物）局部粘弹性特性的技术具有挑战性。现在，布鲁克的科学家们开发了一种称为原子力显微镜的新方法——纳米动态力学分析（AFM-nDMA），它克服了传统纳米机械AFM模式的局限性，提供了直接等同于体DMA测量的定量粘弹欧洲杯足球竞彩性数据
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聚合物广泛应用于各种材料中，从尼龙和PVC等基本物质到具欧洲杯足球竞彩有自愈合和调节自身温度等奇异特性的新型先进材料。1,2
聚合物由长分子链组成，结合了固体和流体的特征。因此，当在应力作用下变形时，它们通常表现出粘性和弹性特征。了解这些粘弹性特性是聚合物科学、优化配方和共混物以及开发新材料的一个重要方面。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球3.
动态力学分析（DMA）提供了有关大块粘弹性特性的信息
聚合物的粘弹性行为通常采用动态力学分析（DMA）技术进行研究。DMA以循环方式向样品施加小应力或变形，并监测材料应变随时间、温度、应力和频率的变化。4.
DMA可用于确定特性，包括储能模量、损耗模量、阻尼系数和复模量。它还可用于定位材料转变，如玻璃化转变温度。4.
DMA在新材料开发中经常被用来理解结构-性能关系。它也是塑料生产中质量保证的必要组成部分。欧洲杯足球竞彩4.
为什么我们需要在纳米尺度上研究局部粘弹性
DMA测量材料的体积特性，这对于没有任何纳米结构的同质材料是非常好的。但欧洲杯足球竞彩新材料越来越依赖复合材料、共混物、多层膜和纳米结构来创造理想的性能。
这些非均质材料的体积特性通常由材料内的微相和相间决定，其中限制效应和分子间相互作用改变了结构和粘欧洲杯足球竞彩弹性性质。5.
了解微相、相间的特征，以及它们如何相互作用以确定体积特性，是设计令人兴奋的新材料的关键。但要解开材料研究的这个新维度，我们需要一种能够在低于100纳米尺度下测量局部粘弹性特性的技术。欧洲杯足球竞彩5.
传统的AFM模式无法提供局部粘弹性的定量测量
纳米力学经常使用原子力显微镜（AFM）进行测量，它提供了绘制纳米尺度特征所需的高灵敏度和分辨率。例如，PeakForce QNM提供高分辨率的弹性模量映射。6,7
但是，成像聚焦AFM模式并不适合于量化粘弹性。接触面积的快速变化，以及尖端-样品接触的形成和断开，使得这些测量本质上是非线性的。更重要的是，叶尖-样品粘附力是重要的，但在定量计算中，它们通常被忽略。最后，AFM成像技术中使用的频率通常是固定的，并且对于有意义的流变学测量来说太高，无法与体DMA结果进行比较。因此，目前还没有从聚焦AFM成像模式量化基本粘弹性特性的真实模型。5,7
由于这些限制，多年来，研究人员一直致力于开发一种定量技术，用于在纳米尺度上测量与体粘弹性测量直接相关的粘弹性特性。
AFM-nDMA可以在纳米尺度上测量粘弹性
布鲁克的科学家们现在已经开发出一种新技术，它克服了传统原子力显微镜的缺陷，能够以10纳米的空间分辨率测量材料的粘弹性特性。他们在2019年7月的《矿物、金属与材料学会杂志》上展示并发表了他们的最新技术，称为AFM nDMA。欧洲杯足球竞彩5.
AFM nDMA使用一种新的方法来测量粘弹性特性。首先，非共振尖端方法使尖端在没有侧向力和已知预载的情况下接触。
随后，执行一系列保持段，其中以低振幅在明确定义的流变频率（0.1-300 Hz，可扩展至20kHz）调制尖端样品力。AFM nDMA使用专利算法，如采用Bruker的Hysitron压头技术的参考段，纠正了测量过程中样品蠕变改变接触半径的固有问题。
然后使用接触力学模型（包括附着力）对尖端的收缩进行建模，允许根据原始数据确定接触半径、存储和损耗模量。使用带有圆形、定义明确的尖端的预先校准探针，AFM nDMA可以提供粘弹性特性的精确定量测量。5,8,9
在真实样品上演示AFM nDMA的能力
Bruker的研究小组在发表于JOM的论文中描述了他们如何使用AFM nDMA测量聚二甲基硅氧烷（PDMS）双组分弹性体、氟化乙烯丙烯（FEP）、聚丙烯（PP）和环烯烃共聚物（COC）的混合物以及抗冲共聚物的粘弹性。5.
科学家们使用AFM nDMA测量了PDM的存储和损耗模量随频率的变化，然后将其结果与批量DMA的数据进行了比较。在AFM的第一次试验中，他们发现在整个批量DMA频率范围内与批量DMA测量结果非常一致，甚至在不同实验室和不同的AFM系统和操作员中具有良好的重复性。此外，AFM nDMA方法允许访问比传统DMA更高的频率，而传统DMA通常限制在200 Hz以下的频率。5.
该团队还获得了FEP的粘弹性数据，作为频率和温度的函数，使他们能够确定材料在不同频率下的玻璃化转变温度。在AFM的另一个首次试验中，他们遵循了时间-温度叠加的行业标准操作程序，并且能够使用块体DMA和AFM nDMA生成主曲线，具有良好的一致性。5.
他们还使用AFM nDMA对PP-COC共混物的粘弹性进行了表征，该共混物由具有约1µm COC域的PP基质组成。他们收集并绘制了一系列温度下的储能模量和损耗角正切，精确定位了传统方法可能忽略的材料的关键热转变和结构转变。5.
最后，他们使用AFM-nDMA绘制了一种抗冲击共聚物，证明了该技术能够测量直径小于100nm特征的局部粘弹性。5.
AFM-nDMA材料设计的新时代
设计具有精确性能的新材料需要欧洲杯足球竞彩对结构-性能关系有复杂的理解。Bruker的科学家们的研究证明了AFM nDMA是如何通过实现粘弹性特性的定量映射（空间分辨率仅适用于AFM）来提供新的理解维度的。5.
毫无疑问，这项新技术将在未来几年开发和优化新型聚合物材料方面发挥核心作用。欧洲杯足球竞彩
参考文献和进一步阅读
- 诺丁汉大学开发的新型尖端聚合物https://www.britishplastics.co.uk/欧洲杯足球竞彩materials/new-cutting-edge-polymer-that-cools-down-itself-under-extrem/
- “自愈合聚合物和复合材料”——Mauldin TC，Kessler先生，《国际材料评论》，2010年。欧洲杯足球竞彩
- 《聚合物的粘弹性行为：聚合物的物理化学行为和超分子组织》——Ligia G，Deodato R，Springer，Dordrecht，2009年。
- “动态力学分析：实用导论，第二版”-Menard KP，CRC出版社，2008年。
- “使用原子力显微镜的纳米DMA：测量纳米结构聚合物材料粘弹性的新方法”——Pittenger B，Osechinskiy S，Yablon D，Mueller T，JOM，2019。欧洲杯足球竞彩
- “使用基于AFM的纳米DMA测量纳米粘弹性特性”https://www.bruker.com/events/webinars/measuring-nanoscale-viscoelastic-properties-with-afm-based-nano-dma.html
- “用AFM-DMA测量纳米粘弹性特性”//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=18383
- “通过原子力显微镜对橡胶的纳米流变学绘图”-Igarashi T，Fujinami S，Nishi T，Asao N，Nakajima K，高分子，2013。
- “AFM nDMA”https://www.bruker.com/products/surface-and-dimensional-analysis/atomic-force-microscopes/modes/modes/nanomechanical-modes/afm-ndma.html
本信息来源于Bruker Nano Surfaces提供的材料，经过审查和改编。欧洲杯足球竞彩
有关此来源的更多信息，请访问布鲁克纳米表面。