原子力显微镜在聚合物凝聚态中的应用
表面形貌及相分离
樊文玲等[5]用NanoScopea Mutimode AFM对自制的聚丙烯酸纳复合超滤膜UPANA-2 (MWCO为2000)和基膜PES超滤膜(MWCO为70 000)表面进行了观测,得到的表面三维立体图真实反映了膜表面的整体形貌。Elimelech M等[6]用AFM考查了乙酸纤维素RO膜及芳香聚酰胺复合RO膜的凝胶污染情况,发现复合膜的污染速率比CA膜快得多,这归因于界面聚合时形成的粗糙表面。复合膜的AFM像中具有较多的山峰状结构,而CA膜的表面就相对光滑得多。
进一步了解探针尖端与样品表面的相互作用力及控制它们的方式后,AFM在高分子材料领域的应用不再局限于高分辨率的表面图像。对非均相高分子体系(如嵌段共聚物和高分子共混)进行表面研究时,因各组分的机械性能不同,提高探针-样品力可得到这些材料的组分图。另外,在研究表层类似橡胶的高分子材料时,AFM可以穿透这一层,并观测到不同深度的高分子排列。这表明AFM不再仅仅是一个表面技术。
李立民等[7]利用AFM直接表征了热塑性聚氨酯的微相分离情况。确定了热塑性聚氨酯两相的归属。指出硬段由于其内聚能高,形成表面凸起部分;而软段则为表面凹下部分。AFM的相图反映的是两相在聚合物中的真实分布情况,其图像不受其他因素的干扰。
对于某些非晶态聚合物膜表面,从AFM几何图象中得到的信息较为有限,图象分辨率不高。可根据“相成像”方式(Phase imaging),利用测量样品对针尖作用力的滞后角数据成像。数据与样品/针尖间的粘附力、样品表面硬度和粘弹性有关。对于超薄共混膜分相行为研究,由于不同类型聚合物的上述性能有较大差别,因而用这种方法得到的AFM图象即使在样品表面相对“平坦”的情况下,也能较好地反映出聚合物的相分离后不同类型聚合物的所在区域。图3是Chen X等[8]利用“相成像”方法所得的聚消旋乳酸/聚癸二酐(PLA/PSA)膜AFM图象及与AFM振幅图象的比较
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