Kwantitatieve en kwalitatieve onderzoek van Particle-deeltje Interacties gebruik Colloïdaal Probe Nanoscopy

Atomic force microscopie (AFM) is een techniek die kwalitatieve en kwantitatieve beeldvorming maakt en aftasten van een materiaaloppervlak. ^4-6 Traditioneel AFM wordt gebruikt voor de evaluatie van oppervlakte topografie, morfologie en structuur van multifasische materialen. AFM heeft de mogelijkheid om kwantitatief evalueren nano-schaal interacties, zoals lading, aantrekking, afstoting en adhesie krachten tussen specifieke sonde en substraat in zowel lucht en vloeibare milieus. ^7,8 AFM oorspronkelijk ontwikkeld door Binning, Quate en Gerber ⁹ toepassingen een sonde van bekende / bepaalde gevoeligheid en veerconstante te benaderen en / of scannen van een monster. Vanwege de fysieke interactie tussen de sonde en het monster, wordt de cantilever afgebogen tijdens contact of nabijheid en afhankelijk van de werkingsmodus, kan deze doorbuiging worden vertaald naar de topografie van het monster of maatregel krachten aanwezig is tussen de probe en monster verwerven. Wijzigingen aan de AFM technischeque, zoals colloïdaal sonde nanoscopy, ¹⁰ hebben toegestaan ​​wetenschapper direct evalueren van de nano-kracht interacties tussen twee materialen aanwezig in een colloïdaal systeem van belang.

In colloïdale probe nanoscopy wordt een bolvormig deeltje bij uitstek om de top van een cantilever bevestigd, vervangen van de traditionele conische piramidaal tips. Een bolvormig deeltje ideale vergelijking met theoretische modellen zoals Johnson, Kendal, Roberts (JKR) ¹¹ en Derjaguin, Landau, Vervwey, Overbeek (DLVO) ^12-14 theorieën en de invloed van de oppervlakteruwheid op de meting mogelijk te minimaliseren. ¹⁵ Deze theorieën worden gebruikt om de contactmechanica en verwacht binnen een colloïdaal systeem krachten tussen de deeltjes definiëren. De DLVO theorie combineert aantrekkelijke Van der Waal krachten en afstotende elektrostatische krachten (door elektrische tweelagig) kwantitatief verklaren het aggregatiegedrag van waterige colloïdale systemen, terwijl JKR theorie neemt het effect van contactdruk en adhesie elastische contact tussen twee componenten modelleren. Zodra een geschikte probe wordt geproduceerd, wordt het gebruikt om ander materiaal / deeltje benadering van de krachten tussen de twee componenten te evalueren. Met een standaard vervaardigd tip men kunnen interactieve krachten worden gemeten tussen dat punt en een materiaal van keuze zijn, maar het voordeel van een op maat gemaakte colloïdaal sonde maakt de meting van krachten aanwezig tussen materialen aanwezig in het onderzochte systeem. Meetbare interacties omvatten:.. Lijm, aantrekkelijke, afstotende, lading, en zelfs elektrostatische krachten tussen de deeltjes aanwezig ¹⁶ Bovendien kan de colloïdale sondetechniek worden gebruikt tangentiële krachten zich tussen deeltjes en materiaal elasticiteit staand ^17,18

De mogelijkheid om metingen uit te voeren in verschillende media is een van de grote voordelen van colloïdaal probe nanoscopy. Omgevingsomstandigheden, vloeibare mEdia, of-vochtigheid gecontroleerde omstandigheden kunnen allemaal worden gebruikt om de milieu-omstandigheden van het bestudeerde systeem na te bootsen. De mogelijkheid om metingen uit te voeren in een vloeibare omgeving maakt de studie van colloïdale systemen in een omgeving die het van nature voorkomt; dus, in staat om kwantitatief gegevens die direct vertaalbaar naar het systeem in zijn natuurlijke staat te verwerven. Bijvoorbeeld, kunnen de deeltjes interacties aanwezig in dosisinhalatoren (MDI) worden onderzocht met behulp van een model vloeibare stuwstof met soortgelijke eigenschappen als het drijfgas gebruikt in MDI's. Dezelfde interacties gemeten in de lucht zou niet representatief zijn voor het systeem bestaand in de inhalator. Bovendien kan het vloeibare medium worden aangepast om het effect van vocht binnendringen, een tweede surfactant of temperatuur op het deeltje interacties in een MDI evalueren. Het vermogen om temperatuur te regelen kan worden gebruikt om bepaalde stappen in de vervaardiging van colloïdale systemen bootsen om te evalueren hoe de temperatuur in de fabricagekosten ofopslag van colloïdale systemen kunnen een impact hebben op deeltjesinteracties hebben.

Metingen die kunnen worden verkregen met behulp van colloïdaal probes bevatten; Topografie scannen, individuele kracht-afstand curves, kracht-afstand hechting kaarten, en woont metingen kracht-afstand. Belangrijke parameters die worden gemeten met behulp van de colloïdale sonde nanoscopy methode in dit document zijn de snap-in, laadvermogen, en scheiding energiewaarden. Snap-in is een meting van de aantrekkende krachten, draagvermogen van de waarde van de maximale kleefkracht, en de scheiding energie brengt de energie die nodig is om het deeltje trekken uit contact. Deze waarden kunnen worden gemeten door middel van geisers of dwell krachtmetingen. Twee verschillende soorten dwell metingen omvatten doorbuiging en inspringen. De lengte en de aard van dwell meting kan specifiek worden gekozen om specifieke interacties die aanwezig zijn in een systeem van belang na te bootsen. Een voorbeeld is het gebruik van doorbuiging dwell – waarvoor geldtHet product in contact op een gewenste deflectiewaarde – de lijmverbindingen die zich in aggregaten gevormd dispersies evalueren. De lijmverbindingen gevormd kan worden gemeten als een functie van tijd en kan inzicht in de wijze om de aggregaten na langdurige opslag redisperse krachten. De overvloed aan gegevens die kunnen worden verkregen met behulp van deze methode is een bewijs van de veelzijdigheid van de methode.