בחינה כמותית ואיכותי של אינטראקציות חלקיקי חלקיקים באמצעות קולואיד Probe Nanoscopy

מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) הוא טכניקה המאפשרת הדמיה איכותית וכמותית והחיטוט של משטח חומר. ^4-6 באופן מסורתי, AFM משמש להערכה של טופוגרפיה משטח, מורפולוגיה ומבנה של חומרים רב phasic. יש AFM היכולת להעריך כמותית אינטראקציות בקנה מידה ננו, כגון כוחות תשלום, משיכה, דחייה וההדבקה בין בדיקה ספציפית ואת המצע באוויר וגם מדיומים נוזליים. ^7,8 AFM שפותח במקור על ידי Binning, Quate וגרבר ⁹ שימושים בדיקה של רגישות ידועה / נחושה וקבוע קפיץ להתקרב ו / או לסרוק את דגימה. בשל האינטראקציות פיזיות בין החללית לבין המדגם, שלוחה הוא הסיט במהלך מגע או קרבה ובהתאם למצבו של מבצע, סטיה זו יכולה להיות מתורגמת לרכישת הטופוגרפיה של המדגם או מידת הכוחות הנוכחיים בין החללית לבין המדגם. שינויים techni AFMque, כגון Nanoscopy הבדיקה colloidal, ¹⁰ אפשרו מדען להעריך ישירות את אינטראקציות ננו כוח בין שני חומרים הנמצאים במערכת colloidal של עניין.

בNanoscopy הבדיקה colloidal, חלקיקים כדוריים של בחירה מחובר לשיא של שלוחה, החלפת הטיפים חרוטי ופירמידה המסורתיים. חלקיקים כדוריים הוא אידיאליים כדי לאפשר השוואה עם מודלים תיאורטיים כגון ג'ונסון, קנדל, רוברטס (JKR) ¹¹ וDerjaguin, לנדאו, Vervwey, Overbeek (DLVO) ^12-14 תאוריות וכדי למזער את ההשפעה של חספוס פני השטח על המדידה. ¹⁵ תאוריות אלה נמצאים בשימוש כדי להגדיר את מכניקת הקשר וכוחות בין החלקיקים צפויים בתוך מערכת colloidal. תיאורית DLVO משלבת הכוחות ואאל ואן דר והאטרקטיבי וכוחות דחייה אלקטרוסטטית (בשל שכבות כפולות חשמליות) כדי להסביר את צבירת ההתנהגות של מערכות colloidal מימיות כמותית, בעוד Jתיאורית KR משלבת את האפקט של לחץ מגע והידבקות למודל קשר אלסטית בין שני מרכיבים. ברגע שבדיקה מתאימה היא מיוצרת, הוא משמש להתקרב כל חומר / חלקיקים אחרים כדי להעריך את הכוחות בין שני המרכיבים. באמצעות קצה סטנדרטי מיוצר אחד לא יוכל למדוד כוחות אינטראקטיביים בין שהקצה וחומר של בחירה, אך היתרון של שימוש בבדיקת colloidal מחוייט מאפשר המדידה של כוחות הנוכחיים בין חומרים בהווה במערכת הנחקרת. אינטראקציות הניתנות למדידה כוללות:.. דבק, מושך, דוחה, פריצה, וכוחות אפילו אלקטרוסטטי הנוכחיים בין החלקיקים ¹⁶ בנוסף, טכניקת הבדיקה colloidal יכול לשמש כדי לחקור את הכוחות משיקים הנוכחיים בין חלקיקים ואלסטיות חומרי ^17,18

היכולת לערוך מדידות באמצעי התקשורת שונות היא אחד היתרונות הגדולים של Nanoscopy הבדיקה colloidal. תנאי סביבה, מ 'נוזלעדיה, או ניתן להשתמש בכל תנאי לחות מבוקרת כדי לחקות את תנאי סביבה של המערכת הנחקרת. היכולת לערוך מדידות בסביבה נוזלית מאפשרת למחקר של מערכות colloidal בסביבה שזה באופן טבעי מתרחש; ובכך, להיות מסוגל לרכוש כמותית נתונים שהוא באופן ישיר לתרגום למערכת במצבו הטבעי. לדוגמא, ניתן ללמוד אינטראקציה בין חלקיקים קיים בתוך משאפים במינון מודד האויר (MDI) באמצעות דלק נוזלי דגם עם תכונות דומות לדלק המשמש בMDIs. אותו האינטראקציות נמדדו באוויר לא תהיינה נציג של קיים המערכת במשאף. יתר על כן, המדיום הנוזלי יכול להיות שונה כדי להעריך את ההשפעה של חדירת רטיבות, פעילי שטח המשני, או טמפרטורה על האינטראקציות של החלקיקים בMDI. היכולת לשלוט בטמפרטורה יכולה לשמש כדי לחקות את הפעולות מסוימות בייצור של מערכות colloidal כדי להעריך באיזו טמפרטורה או בייצור של אואחסון של מערכות colloidal עשוי להשפיע על אינטראקציות של חלקיקים.

מדידות שניתן להשיג באמצעות בדיקות colloidal כוללות; סריקת טופוגרפיה, עקומות כוח למרחקים בודדות, מפות הידבקות כוח למרחקים, ולהתעכב מדידות כוח למרחקים. פרמטרים מרכזיים הנמדדים תוך שימוש בשיטת Nanoscopy הבדיקה colloidal מוצגת במסמך זה כוללים את היישום snap-in, עומס מרבי, וערכי אנרגיית הפרדה. Snap-in היא מדידה של כוחות המשיכה, מקסימום לטעון את ערכו של כוח ההידבקות מקסימלית, ואת אנרגיית הפרדה משדרת האנרגיה הדרושה כדי למשוך את החלקיקים מכל מגע. ניתן למדוד ערכים אלה באמצעות מדידות מיידיים או כוח להתעכב. שני סוגים שונים של מדידות להתעכב כוללים סטיה וכניסה. האורך והסוג של מדידה להתעכב ניתן נבחרו במיוחד כדי לחקות את האינטראקציות ספציפיות שנמצאות בתוך מערכת של עניין. דוגמה לכך היא באמצעות להתעכב סטיה – המחזיקהדגימות במגע בשווי סטיה רצויה – כדי להעריך את אג"ח הדבק המתפתחים באגרגטים שנוצרו בתפוצות. אג"ח הדבק נוצר ניתן למדוד כפונקציה של זמן והוא יכול לספק תובנות לגבי הכוחות הדרושים לredisperse המצרפים לאחר אחסון ממושך. שפע של נתונים שניתן להשיג בשיטה זו הוא עדות לרבגוניות של השיטה.