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如何用掃描電鏡研究聚合物的特性,性質(zhì)和用途

 更新時(shí)間:2018-05-30 點(diǎn)擊量:5625

聚合物具有許多用途:?jiǎn)误w的工程組合會(huì)產(chǎn)生無(wú)限數(shù)量的具有不同性質(zhì)的分子,這些性質(zhì)由分子的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)決定。分子的組成對(duì)聚合物暴露于不同外力時(shí)的行為有很大影響。在這篇文章中,您將通過(guò)實(shí)例了解如何用掃描電鏡(SEM)提供超出預(yù)期的結(jié)果。

 

熱塑性聚合物的特性及其在掃描電鏡下的性能研究

 

首先,將重點(diǎn)介紹掃描電鏡(SEM)會(huì)提供哪些熱塑聚合物的信息。

 

熱塑聚合物具有線性的化學(xué)結(jié)構(gòu),與分子通過(guò)弱相互作用結(jié)合在一起。當(dāng)聚合物被加熱時(shí),很容易斷裂,導(dǎo)致材料變形。而熱塑聚合物具有良好的抗高溫性能,并且,具有很高的化學(xué)惰性和耐磨性。

 

熱塑性聚合物可以進(jìn)行不同類型的工業(yè)加工,例如,印刷或擠壓,使它們成為復(fù)雜形狀物品的材料。

 

圖1:   熔噴纖維的掃描電鏡(SEM)圖像。在這個(gè)放大倍數(shù)下,可以很容易地測(cè)量纖維的直徑。

 

舉例說(shuō)明其應(yīng)用,熱塑性聚合物廣泛用于纖維,電器和電子部件,包裝薄膜的生產(chǎn),但也用于日常使用的物品,例如烤箱廚具。不僅可以使用掃描電鏡(SEM)來(lái)研究它們的性能和質(zhì)量,而且也可以改進(jìn)工藝并研究不同的應(yīng)力如何影響這些材料。

 

聚合物性質(zhì):掃描電鏡(SEM)告訴您聚合物是什么?

 

通過(guò)磨損試驗(yàn),仔細(xì)觀察聚合物表面可以顯示施加在材料上的應(yīng)力的真實(shí)結(jié)果。為生產(chǎn)鏈的末端進(jìn)一步開(kāi)發(fā)材料或進(jìn)行質(zhì)量控制提供了可行性。

 

在這種情況下,通過(guò)立體重建或陰影顯形進(jìn)行粗糙度分析是一項(xiàng)有趣的技術(shù),可以幫助研究人員測(cè)量材料劃痕的深度。

 

圖2:蠟的掃描電鏡(SEM)圖像。掃描電鏡( SEM)和能譜(EDS)分析被用來(lái)檢測(cè)顆粒在聚合物矩陣中的分布和組成。

 

圖3:用掃描電鏡(SEM)觀察半導(dǎo)體可以容易地檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的缺陷。

 

在高倍率拍攝的照片中,可以非常地測(cè)量纖維和顆粒的直徑。通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì),可以提供不同種類的信息,捕獲在過(guò)濾器中的zui大粒度,分析粉末如何較好地分散在溶液中 。

 

自動(dòng)化程序也可用于控制掃描電鏡(SEM)自動(dòng)收集樣本圖片并測(cè)量重要參數(shù),直徑,軸尺寸,高寬比或面積 。這些結(jié)果可輕松快速地提供大量數(shù)據(jù),節(jié)省了寶貴的時(shí)間,研究人員可以以更或更有創(chuàng)造性的方式進(jìn)行工作。

 

掃描電鏡(SEM)如何幫助改進(jìn) 3D 打印等制造工藝

 

掃描電鏡(SEM)也可以用來(lái)研究新的、趨勢(shì)化的制造過(guò)程,例如 3D 打印, 聚合物被擠壓和操縱以創(chuàng)建數(shù)字 3D 繪圖的真實(shí)版本。可以對(duì)打印件的分辨率和質(zhì)量,以及打印機(jī)本身的組件進(jìn)行測(cè)量和調(diào)查,以提升 3D 打印設(shè)備的性能表現(xiàn)。

 

圖4:3D打印兔子的掃描電鏡(SEM)圖像。使用掃描電鏡(SEM)來(lái)研究物體的缺陷。

 

聚合物和EDS

 

在分析薄膜中的顆粒分布時(shí),了解不同相的成分分布可以幫助改善分散過(guò)程。這種分析可以很容易地通過(guò)能譜儀(EDX或EDS)執(zhí)行 —— 掃描電鏡(SEM)上zui常用的微量分析技術(shù)。幾秒鐘內(nèi),化學(xué)成分的分析樣本可以顯示在屏幕上。

 

如何在掃描電鏡中觀察聚合物

 

用電子顯微鏡分析聚合物引發(fā)了不同的問(wèn)題。但由于聚合物行業(yè)是掃描電鏡(SEM)用戶中zui大的參與者之一,許多簡(jiǎn)單的解決方案可用于獲得所需的結(jié)果 。

 

例如,掃描電鏡(SEM)以*的電壓對(duì)樣品上的電子成像。另一方面,電流強(qiáng)度非常小以避免損壞樣品。zui重要的是,觀察到的樣品必須處于高真空的密閉環(huán)境中。這可能會(huì)導(dǎo)致材料檢測(cè)的多種后果,取決于其化學(xué)和物理抗性。

 

主要問(wèn)題是電子在樣品表面上積聚,產(chǎn)生充電效應(yīng)。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)建立一個(gè)連接材料表面的導(dǎo)電橋梁來(lái)避免,而與之連接的設(shè)備部件是接地電位。

 

一個(gè)更容易的操作是根據(jù)材料規(guī)格改變掃描電鏡的真空度,用低真空觀察。

 

zui后,是選擇濺射鍍膜設(shè)備,可以用金薄層或其他導(dǎo)電材料覆蓋材料。使其適用于掃描電鏡(SEM)分析,避免過(guò)度改變樣品的結(jié)構(gòu)。

 

聚合物通常是非常敏感的材料。電子束會(huì)損壞它們,尤其在施加很高電壓時(shí)。事實(shí)上,掃描電鏡發(fā)出的電子可以與分子結(jié)合,相互作用并破壞它們。飛納臺(tái)式掃描電鏡(SEM)提供低發(fā)射電流選項(xiàng),可以在不損壞樣品的情況下成像樣品。

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