聚合物材料是當前科學研究的重點區域，在納米尺度上表征聚合物、了解材料的納米結構和特性十分重要。傳統的原子力顯微鏡成像模式對于具有陡峭邊緣或軟、粘或松散附著在表面的樣品存在不足^[1-2]，在測量軟性樣品時可能會導致樣品發生變化，影響測量結果。布魯克JPK 原子力顯微鏡發布了新的成像模式定量成像(QI™)，在測試過程中無需施加任何橫向力，并允許用戶控制每個像素的垂直力，保證測試結果更加精確。

定量成像(QI™)

布魯克生物型原子力顯微鏡結合PeakForce Tapping和QI™的定量納米力學技術可確保不超過設定的力施加到樣品上，該工作原理可以輕松對軟材料成像：如水凝膠或生物分子、粘性樣品、聚合物或細菌、納米管、流體中的病毒顆粒、粉末或MEMS結構。QI™可以在任何環境下使用，不受樣品幾何形狀的限制，也不需要特殊的懸臂即可進行測試，可以疊加復雜網絡結構的聚合物力學性能和高度信息輸出三維圖像，保證測試結果直觀且精確。

應用案例

1.Celgard®隔膜

Celgard®是一種市售微孔膜，作為隔膜廣泛應用在鋰電池中，這種隔膜是由單層聚丙烯通過特殊的干拉伸工藝生產的。這些材料通過其高的表面體積比和顯著的光纖互連性表現出優異的性能。利用原子力顯微鏡QI™對纖維密度、網絡結構、微尺度間隙和纖維厚度進行研究，克服了傳統間歇接觸模式成像納米纖維的難題。例如其柔軟性和三維孔狀結構，通過施加在單個纖維上的力可以高精度地控制測量，從而保持整體不發生形變。

(a) Celgard®結構的高度圖像；(b)力距曲線，可提取坡度、附著力等定量數據；(c)Celgard®三維彈性信息疊加圖

2.納米纖維網絡

納米纖維網絡是在醋酸中以11wt%的PCL和2wt%的TEA溶液靜電紡絲而成的。不同彎曲角度的卷曲納米纖維在該結構中隨機排列，復雜的結構導致成像難度較大，通過QI™對其進行三維成像，借助該模式定量納米力學可以清楚且精確的觀測到纖維密度較高的區域具有較高的彈性值，有助于對提升材料性能提供研究思路。

（a）納米纖維的高度圖像，深溝可以限制分辨率分辨；(b)三維形貌與彈性信息的對應疊加圖

聚合物由于其復雜的結構特性和力學特性使得表征分析成為難題，原子力顯微鏡QI™模式可以精確有效的以定量納米力學對聚合物材料進行表征，通過精確的力學控制彌補掃描電鏡、透射電鏡的表征的不足，不影響材料本身的前提下以三維圖像疊加力學特點呈現測試結果，為研究聚合物力學性能提供新方法。

總結

聚合物結構和結晶是原子力顯微鏡測量的重點領域，在不同條件下可以看到表面和結構以及材料性能差異。對于聚合物成像，原子力顯微鏡具有高分辨率和穩定性保證成像效果。除此之外，布魯克JPK提供了特別設計的加熱裝置及，可以在加熱過程中以最小的橫向或垂直漂移實現高分辨率掃描，為聚合物類材料的分析提供了更寬更廣的平臺。

參考文獻：

[1] Gadegaard N.: Atomic force microscopy in biology: technology and techniques, Biochemistry and Histochemistry 81: 87-97, 2006

[2] Braga, P.C., Ricci, D.: Atomic Force Microscopy: Biomedical Methods and Applications, Hamana Press Inc., Totowa, 2004

本文數據來源于《布魯克網站》

儀器推薦

產品介紹

NanoWizard® 4 XP生物型原子力顯微鏡在一個系統中可提供原子分辨率，高達150行/秒的快速掃描以及100µm大掃描范圍。即使置于倒置光學顯微鏡上，對從單分子到活細胞和組織的樣品進行長期實驗，其具有優異的機械和熱穩定性。

主要特點：

■具有快速掃描選項，高可達每秒150行，可用于跟蹤動態過程

■標配Bruker PeakForce Tapping技術

■大掃描范圍，100 × 100 × 15 µm³，且在倒置顯微鏡上具有原子晶格分辨率

■全新的基于工作流程的用戶界面，符合人體工程學設計，易于操作

■新增Tiling拼接功能，可與HybridStage一起自動映射大樣品區域

■增強的DirectOverlay 2模式用于精準與顯微鏡關聯

■全新的Vortis 2控制器，具有高速低噪音DAC位置傳感器讀取技術

■高的靈活性和可升級性，擁有廣泛的模式和配件