原子力显微镜不仅可以实现纳米级尺寸微力的测量,而且可以得到三维形貌、分形结构,横向力和相界等信息.尤其是还可以实现过程的测量,达到实验与测量的统一.是进行纤维材料学研究的一种有力手段。例如,采用AFM原子力显微镜与其他仪器对新型纤维材料三聚氰胺纤维的表面进行观察和表征,已得到其表面是丘陵状形态。因此,原子力显微镜对纤维材料制备、纤维结构、纤维微摩擦、纤维成膜以及微凝胶的研究等方面具有重要作用。
AFM原子力显微镜在纤维材料制备中的应用
古宏晨、袁绍彦在研究制备纳米复合材料中,采用原子力显微镜和显微镜对纳米碳酸钙填充体系的冲击断面进行观测,并进行分形分析。AFM原子力显微镜结果表明表面分形特征不明显,而且分形维数与纳米碳酸钙的含量没有明显的关联性。魏取福、于良燕等人在制备铜纳米复合材料时,通过原子力显微镜对纺织品不同厚度的纳米复合材料涂层进行了表征,从而制得具有导电、抗紫外效果的铜纳米复合材料。
AFM原子力显微镜在研究纤维材料结构中的应用
阎立峰、陈娟研究了微晶纤维素在NaOH/硫脲水溶液中的溶解机理,采用原子力显微镜对溶解过程进行取样分析。同时还研究了纤维素膜以及纳米纤维素等功能材料的制备。在微晶纤维制备过程中,通过AFM原子力显微镜测试,表明所得纳米微晶纤维素纯净且为稳定晶型,产物分布均匀。此外,由于原子力显微镜对纤维结构的表征作用要明显优于TEM和SEM,所以在造纸制浆研究上,AFM原子力显微镜的应用也是相当广泛。
原子力显微镜在研究纤维材料微摩擦中的应用
魏取福、徐文正采用AFM原子力显微镜对功能化纳米纤维材料进行表征,分析了带状结构和圆形结构的纳米纤维,测量出纳米纤维的直径,并对纳米纤维表面的微摩擦力进行分析。对制备的纳米纤维功能化膜的微观结构也采用了原子力显微镜进行了分析。探索了氧化锌膜的微观结构与工艺参数的关系。Landman在进行纤维微摩擦和粘着力的测定的实验时,也采用AFM原子力显微镜进行测量,原子力显微镜不仅能提供三维的实验图像,还可以测量表面纳米尺度范围内的力学性质,例如磨损量,纳米润滑层的厚度,摩擦力和摩擦系数等。这些都将成为AFM原子力显微镜应用的一种扩展,大大地推动纳米摩擦学的研究。
原子力显微镜技术发展前景AFM原子力显微镜在不同的工作模式,不同的环境下可以得到不同的表面形貌,表面特性程等信息,它已被广泛应用于医学、材料学、生物学、细胞学等领域。例如,原子力显微镜分析技术允许生物样品在空气或液体中保持原样,它的三维成像技术可以提供样品纳米尺度的观察和检测。现如今AFM原子力显微镜已经成为纺织化学科学领域中不可缺少的有力工具。它可以用来对纤维微观结构、表面刻蚀、染料或颜料颗粒聚集体形态、助剂对纤维和染料的结合情况等进行真实直接的观察表征;它更可以用在染整加工各工序加工效果的表征上,诸如抗菌抗紫外及拒水拒油整理的功能涂层效果表征,均有很广阔的应用前景。近年来,随着科学技术的不断改进和发展,许多新的原子力显微镜工作模式不断涌现,使得AFM原子力显微镜所得图像更接近于真实图像,而且,对样品破坏程度大大降低。另一方面,原子力显微镜与其他技术联用,将会进一步提高纺织化学的研究能力,原子力显微镜的功能以及应用范围也将不断的扩大和深入,必将推动科学的巨大进步。