AFM（弹性模量）—文献专项阅读

原子力显微镜（AFM）具备原子级的高分辨率、实时成像、可以直接研究表面局域性质等特点。它是一种跨越了光学显微镜和电子显微镜两类仪器工作范围的精密成像仪器，同时也是一种具有极高分辨率的表面性质测量仪器。AFM测试可以在真空、大气甚至液下操作，既可以检测导体、半导体表面，也可以检测绝缘体表面。AFM被广泛应用于科学研究的各个领域，从基础的表面形貌表征到材料表面的性质分析，从材料科学到生命科学， AFM已经逐步演化为研究纳米科学的不可或缺的重要工具。

案例1

测定柔软材料的弹性模量

（1）题目及作者：

（2）文献收录：Langmuir

DOI: 10.1021/la302706b

（3）摘要：

这篇文章探究了使用AFM测定柔软材料的弹性模量。作者使用两种相对柔软的材料，分别为聚氨酯（polyurethanes）和聚苯乙烯（polystyrene），二者的弹性模量分别为0.6-0.7GPa和2.7GPa。作者使用JKR公式和DMT公式分别对这两种材料的弹性模量进行计算。

结果表明：对于此实验，JKR模型更为准确。利用JKR模型和QNM模式下的240nm原子力显微镜探针，作者证明了聚合物材料弹性模量的定量映射是可能的，并且获得了50nm的空间分辨率和最小2~3nm的压痕深度。

（4）测试仪器：

作者使用Nanoscope Dimension 3100 和 Bioscope Catalyst 仪器测定，使用HarmoniX 和 PeakForce QNM模式。测试时温度为室温，相对湿度为40-60%，使用Nanoscope7.3和Nanoscope8.1对数据进行分析。

（5）测试谱图：

(6)测试分析：

作者设置了三种柔软物质的试验，这三种物质分别为聚氨酯（polyurethanes，有两种型号，分别为JR111和OXP4000）和聚苯乙烯（polystyrene）。在进行AFM测试时，作者使用两种探针，一种是标准探针，另一种是自制hemispherical dull探针，分别使用这两种探针对三种物质进行弹性模量测定。

使用标准探针测定的样品的弹性模量如图4所示。JR111和OXP4000的DMT弹性模量分别为2.2±0.3 GPa和1.5±0.5 GPa，这个数值比使用DMA测定的数值大的多，原因是样品粗糙度对测试的影响比较大。Polystyrene的DMT模量为3.7±0.6GPa，这个值接近macroscopic value (2.7 GPa)，但仍比较大。使用hemispherical dull探针测定的结果如图5所示。JR111、OXP4000和polystyrene的DMT弹性模量分别为0.66±0.07 Gpa、0.57±0.09 GPa和1.6±0.4GPa，这个结果与其他测定结果相一致。

因此，作者认为，使用hemispherical dull测定柔软材料的DMT弹性模量更为准确。

案例2

用AFM测定混凝土界面过渡区弹性模量1

（1）题目及作者：

（2）文献收录：

Cement and Concrete Composites

DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2019.03.002

（3）摘要：

作者将CNF分别掺入水泥净浆、水泥砂浆和混凝土，发现三者弹性模量分别增大了21%、34%和29%。将CNF掺入砂浆和混凝土后效果更为明显，这体现出界面过渡区的发生了明显改变，因此作者使用AFM测定界面过渡区的变化，发现掺入CNF后，界面过渡区的弹性模量明显增大。

（4）测试仪器：

作者使用PeakForce QNM模式测定界面过渡区的弹性模量，范围是10×10 ，悬臂的弹性系数为200N/m。

（5）测试谱图：

（6）测试分析：

在进行弹性模量测定时，要求测试面平整。为了检验测定平面是否符合要求，作者先做了粗糙度的测定，如图8和图9所示。不掺CNF的混凝土的界面过渡区的粗糙度为-40nm-100nm，掺CNF的混凝土的界面过渡区的粗糙度为-150nm-50nm，可见掺入CNF后，界面过渡区的粗糙度增大。但这仍然符合测定平面的要求。

图11和图12是用AFM的测试结果。对于不掺CNF的样品，界面过渡区的弹性模量范围是7.5GPa-22GPa，平均值为15.3GPa；掺CNF的样品的界面过渡区的弹性模量范围是15GPa-37GPa，平均值为24.9GPa。测定结果表明，加入CNF后，混凝土界面过渡区的弹性模量明显增大。

案例3

用AFM测定混凝土界面过渡区弹性模量2

（1）题目及作者：

（2）文献收录：

Cement and Concrete Composites

DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.02.014

（3）摘要：

这篇文章作者提出了一种用于计算掺入纳米碳纤维的混凝土的弹性模量的有限元方法，叫做“effective aggregate”。作者采用原子力显微镜的测量了有无CNF时的混凝土的界面过渡区的杨氏模量和厚度，并将其作为数值模型的输入参数。数值模拟结果与实验数据吻合，表明在进行数值模拟时应考虑ITZ效应。

（4）测试仪器：

作者使用Peakforce-QNM模式测定混凝土的弹性模量，仪器型号为Bruker RTESP-525，悬臂的弹性系数为400N/m，扫描频率0.5Hz，测定区域为10×10，分辨率为256×256。

（5）测试谱图：

（6）测试分析：

试验所用混凝土的水胶比为0.51，添加了水泥质量的减水剂，CNF掺量为水泥质量的0.10%。

图10为使用AFM测得的掺入和不掺入CNF的混凝土界面过渡区的弹性模量随着距离的变化图。图11为统计混凝土界面过渡区的弹性模量。从这两张图可以看出，掺入CNF后，混凝土界面过渡区的弹性模量明显提高，这是因为CNF可以像锚一样嵌入水泥基质，提高水泥的韧性。另一方面，CNF的表面粗糙，可以增大水泥基质和骨料之间的粘结作用进一步提高强度。

小结

AFM是由于其测试精度高，范围广，在世界各地都得到了广泛的应用。AFM除了测定物质的表面形态和粗糙度外，另一个重要的应用领域为测定物质的弹性模量。大量实验和高水平论文表明，使用AFM测定的弹性模量精准度高，因此该应用受到越来越多的关注和研究。

关于原子力显微镜，今天就分享到这里。如果内容对你有帮助，希望大家不要吝啬点个赞哦，我们会继续给大家输出更多优质内容~

最后，祝大家科研顺利！如果你想了解更多关于原子力显微镜的知识，可以扫码关注下哦~

AFM（弹性模量）—文献专项阅读相关推荐

知云文献翻译阅读软件-跨页内容选中翻译操作
知云文献翻译阅读软件跨页内容选中翻译操作跨页内容选中翻译. 很多PDF段落分布在两个页面,划选容易将中间的页眉等杂乱文字选中.6.6版本开始支持跨页内容选中翻译. 方法是: 先选中前面部分的文字,然 ...
2020.11.9 文献9阅读《大型地下洞室群地震水平加速度传播特征研究》
<大型地下洞室群地震水平加速度传播特征研究>简单作者:张玉敏, 朱泽奇今天没有找到非常对口合适的"断层-地震"文献,今天就先看这一篇文献. 阅读前问题:水平地震加速 ...
如何对文献进行阅读与整理
目录一.有针对地选择文献... 2 1.关键词.主题词检索:... 2 2. 检索某个学者:... 2 3. 参考综述检索:... 2 4. 注意文章的参考价值:... 2 二:陌生领域如何阅读文献 ...
研究生阅读管理文献---我阅读科研文献的一些做法
我写这个本来是想跟武夷山老师前段时间的博文<给研究生的忠告>建立起某种联系,但是时间已经过了很久了.我就以我自己的课题为例,挂一漏万,纯粹抛砖.本文分三节,第1节主要是讲搜集文献的整体步骤 ...
2020.11.15 文献12阅读《大型地下洞室群地震动输入机制探讨》
文献阅读<大型地下洞室群地震动输入机制探讨> 作者:崔臻,盛谦 13号阅读了化学相关文献,14号休息了一下,15号今天继续坚持阅读文献,养成一种习惯. 摘要:讨论3中地震动选取方法,形成一 ...
2020.11.2文献4阅读《Historical Earthquake Damage to Tunnels in Japan and Case Studies...》
文献阅读<Historical Earthquake Damage to Tunnels in Japan and Case Studies of Railway Tunnels in the ...
领域泛化文献综述阅读笔记
Generalizing to Unseen Domains: A Survey on Domain Generalization https://arxiv.org/pdf/2103.03097.p ...
英文文献的阅读翻译神器
知云翻译,简直垃圾 1.阅读神器 PDF的阅读软件是极速PDF阅读器,绿色简洁版 [传送门] 2.翻译神器解决PDF换行问题,并且提供多种翻译结果供选择. 直接选中即翻,当然对应长短落要等待几秒 ...
文献翻译阅读-NeRF: Representing Scenes as Neural Radiance Fields for View Synthesis
目录信息简介相关工作神经3D表示视角合成和基于图像的渲染方法体渲染技术(用离散形式表示连续积分) 优化神经场的技术位置编码分层体积抽样实施细节结果结论参考信息 NeRF,即 ...

AFM（弹性模量）—文献专项阅读

AFM（弹性模量）—文献专项阅读相关推荐

最新文章

热门文章