原子力显微镜领域(AFM)，它是在20世纪80年代中期发明的，通过允许对表面和界面反应以及分子和亚分子结构进行前所未有的表征，彻底改变了我们探索和理解纳米尺度现象的能力。特别是从20世纪90年代初开始，随着商业仪器用于广泛的学术和工业研究，原子力显微镜(AFM)已经成为一套用于表征的技术的主要工具，并包括在大多数表征设备与光学和电子显微镜。
AFM现在可以在各种表面和灵活的环境中提供~10纳米的横向分辨率和埃的垂直分辨率，包括环境和原位流体成像，并经常用于提供从生物细胞到半导体到聚合物等各种材料的地形、机械性能、电和磁性能等丰富的信息。的心脏AFM测量方法是通过光学检测，精确监测安装在悬臂(通常是100微米长，几十微米宽，几微米厚)上的非常锋利的尖端(直径约10纳米)与感兴趣表面之间的相互作用。通过这种尖端-样品相互作用，可以在纳米尺度上探测多种表面性能，包括聚合物材料的纳米力学性能。具体地说,一个AFM这种模式被称为攻丝模式或调幅模式，用于成像聚合物表面，其中悬臂以共振频率振荡，通过间歇接触沿着表面轻轻地“敲击”，根据材料的力学特性(如刚度和其他粘弹性特性)来分辨材料的特征。188金宝搏的网址
用超显微切开法制备高分子样品AFM分析之所以至关重要，有两个原因。首先，光滑的表面是有效的必要条件AFM分析为最大垂直范围上AFM通常小于5µm.这也意味着如果有高于5的特征µM(或任何特定的AFM仪器)，该表面将无法成像。其次，许多聚合物材料都是经过加工的形式，其中材料要么是注塑成型，要么是压缩成型，因此在表面形成了一层粗糙的表皮，这不是大块材料的代表，需要去除。
低温显微切开术能够去除表面皮肤，并提供一个光滑的表面(所有这些都在低于聚合物Tg的低温下进行，这是必不可少的，否则感兴趣的表面特征将无法解决)。的徕卡EM UC6系统提供方便AFM附件，样品可以冷冻与徕卡EM FC6并直接转到AFM方便分析，无需移开样品，确保表面光滑AFM成像。
如图1a所示是一个AFM冷冻冲击共聚物的5µm × 5µm的攻丝模相像。用于本研究的商用冲击共聚物由聚丙烯(PP)基体和微米级的乙烯-丙烯(EP)橡胶畴组成，其中进一步包含在串联聚合反应器中产生的乙烯包体。在图中可以观察到PP基体为周围的紫色介质，EP橡胶畴为中间的大圆形亮黄色畴。在这个EP橡胶畴内，还有一个更小的紫色包裹体，由乙烯组成。在这个相位图像中的颜色对比是由于各种机械性能的卷积，其中EP橡胶比周围更硬的PP基体更软。
在图1b中，该冲击共聚物沿黑色箭头方向被拉长了1.7%(该延伸长度低于PP的屈服应变)，导致AFM如图1b所示，从图1a中跟踪相同的橡胶组件。在这张新图像中可以看到几个新的特征。首先，图1a(蓝色圈出)中橡胶内部的撕裂和撕裂，现在在图1b(同样是蓝色圈出)中增长和拉长了。其次，橡胶和聚丙烯基体之间的拉伸痕(用红色圈出)在橡胶畴的南北两极形成，表明EP和PP材料之间的泊松比不匹配。如果在这里进行的实验中，极压畴主要沿着赤道线拉伸，那么拉伸痕将主要出现在极压橡胶畴的顶部和底部AFM如图1b所示。
此外，这些标记是不对称的，似乎在区域的底部最突出，尽管在区域的顶部也可以观察到拉伸痕。样品在1.7%的伸长率下静置过夜，第二天早上发现妊娠纹消失AFM图1c的图像，显示PP基体一夜之间的屈服。
最后，在2%延伸率下PP基体内部应力的影响如图2所示。大面积(15 um)扫描尺寸的地形(a)和相位(b)图像都显示了在EP-PP界面处形成裂纹并扩展到PP基体的许多区域;一些裂缝以蓝色/橙色圆圈突出显示。由于EP橡胶畴的存在，ICP材料中的应力放大可能导致裂纹或剪切带和微空洞的发展。球形极压橡胶畴的最大应力放大与裂纹尖端半径的平方根成反比，并发生在极压橡胶畴的极点处。图2中所有这些裂纹和剪切带似乎都起源于极压橡胶畴的极性位置，可能是在橡胶畴的尖角处，裂纹尖端半径极小(因此最大的应力放大会在该点产生应力奇点)。这些剪切带和微空洞的出现表明，尽管整体变形为2%，但局部应力远远超过屈服应力。
图2:a)地形和b)聚丙烯基体裂纹相的大尺度图像。经许可转载自显微镜与分析25:3 (2011)11-13 (AM)。软件是2011年John Wiley and Sons有限公司
较大的裂纹在聚丙烯基体内扩展数微米。然而，也有一些裂缝的尺寸明显较小，长度为几百纳米，宽度为几十纳米。放大图2中橙色圈出的裂纹，如图3所示，可以看到细小的PP原纤维在轨迹的整个宽度上伸展，如对应的地形图3(a)和相位图3(b)所示，与拉伸方向约45度，表明裂纹是由剪切变形引起的。据测量，这个特殊的裂缝深度约为80纳米，宽度约为600纳米。
图3:高分辨率图像a)地形和b)聚丙烯基体裂纹相。经许可转载自显微镜与分析25:3 (2011)11-13 (AM)。软件是2011年John Wiley and Sons有限公司
总结
用原子力显微镜研究了一种冲击共聚物(ICP)的形貌和界面粘附性。在PP和EP组分内部以及两种材料之间的界面处观察到变形的影响。ICP的持续拉伸会导致EP从PP基体中剥离。从PP基体中分离EP畴所需的应变可以作为EP与PP之间界面黏附的度量，最重要的是，在分层时EP与PP之间相应的局部界面拉伸程度或空隙长度，可以直接用AFM，可用于计算EP和PP之间的界面强度。目前，还没有直接测量方法来确定聚合物共混物内纳米和微尺度域的界面粘接强度，特别是在聚合反应器中原位生成的共混物。这AFM本文定性描述的微畴变形检测可用于直接测定复合聚合物中的界面粘附，如共混物和复合材料。
