The modulus of elasticity of soft m

The modulus of elasticity of soft materials on the nanoscale is of interest when studying thin films, nanocomposites, and biomaterials. Two novel modes of atomic force microscopy (AFM) have been introduced recently: HarmoniX and PeakForce QNM. Both modes produce distribution maps of the elastic modulus over the sample surface. Here we investigate the question of how quantitative these maps are when studying soft materials. Three different polymers with a macroscopic Young’s modulus of 0.6–0.7 GPa (polyurethanes) and 2.7 GPa (polystyrene) are analyzed using these new modes. The moduli obtained are compared to the data measured with the other commonly used techniques, dynamic mechanical analyzer (DMA), regular AFM, and nanoindenter. We show that the elastic modulus is overestimated in both the HarmoniX and PeakForce QNM modes when using regular sharp probes because of excessively overstressed material in the samples. We further demonstrate that both AFM modes can work in the linear stress–strain regime when using a relatively dull indentation probe (starting from 210 nm). The analysis of the elasticity models to be used shows that the JKR model should be used for the samples considered here instead of the DMT model, which is currently implemented in HarmoniX and PeakForce QNM modes. Using the JKR model and240 nm AFM probe in the PeakForce QNM mode, we demonstrate that a quantitative mapping of the elastic modulus of polymeric materials is possible. A spatial resolution of 50 nm and a minimum 2 to 3 nm indentation depth are achieved

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

โมดูลัสของความยืดหยุ่นของวัสดุนุ่มใน nanoscale จะน่าสนใจเมื่อศึกษาฟิล์มบาง สิท และผู้ 2 โหมดคือนวนิยาย microscopy แรงอะตอม (AFM) ได้ถูกแนะนำเมื่อเร็ว ๆ นี้: HarmoniX และ PeakForce QNM ทั้งวิธีผลิตแผนที่แจกโมดูลัสยืดหยุ่นกว่าผิวตัวอย่าง ที่นี่เราตรวจสอบคำถามของวิธีเชิงปริมาณแผนที่เหล่านี้จะศึกษาวัสดุที่อ่อนนุ่ม โพลิเมอร์แตกต่างกันสามกับโมดูลัสของยัง macroscopic ของ 0.6 – 0.7 GPa (ประจำภูมิ) และ 2.7 GPa (โฟม) จะวิเคราะห์โดยใช้วิธีการใหม่เหล่านี้ Moduli รับจะเปรียบเทียบกับข้อมูลโดยการใช้โดยทั่วไปเทคนิค แบบเครื่องจักรกลวิเคราะห์ (DMA), AFM ปกติ และ nanoindenter เราแสดงว่า โมดูลัสยืดหยุ่นเป็น overestimated ในโหมด HarmoniX และ PeakForce QNM เมื่อใช้คลิปปากตะเข้คมทั่วไปเนื่องจากวัสดุ overstressed มากเกินไปในตัวอย่าง เราเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่า ทั้งสองโหมด AFM สามารถทำงานในระบอบความเครียด – ต้องใช้เส้นเมื่อใช้โพรบค่อนข้างน่าเบื่อเยื้อง (ตั้งแต่ 210 nm) การวิเคราะห์รูปแบบความยืดหยุ่นที่จะใช้แสดงว่า ควรใช้แบบ JKR ตัวอย่างถือว่าที่นี่แทนรุ่น DMT ซึ่งในปัจจุบันมีการนำมาใช้ในโหมด HarmoniX และ PeakForce QNM เราใช้โพรบ JKR รุ่น and240 nm AFM ในโหมด PeakForce QNM แสดงว่า การแมปเชิงปริมาณของโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุชนิดนั้นสามารถทำ ความละเอียดพื้นที่ 50 nm และความต่ำสุด 2-3 นาโนเมตรเยื้องลึกได้

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

โมดูลัสของความยืดหยุ่นของวัสดุที่อ่อนนุ่มในระดับนาโนเป็นที่น่าสนใจเมื่อเรียนฟิล์มบางนาโนคอมพอสิตและวัสดุชีวภาพ สองโหมดใหม่ของอะตอมกล้องจุลทรรศน์แรง (AFM) ได้รับการแนะนำเมื่อเร็ว ๆ นี้: Harmonix และ PeakForce Qnm ทั้งสองโหมดผลิตแผนที่การกระจายตัวของโมดูลัสยืดหยุ่นเหนือพื้นผิวตัวอย่าง ที่นี่เราตรวจสอบคำถามของวิธีการเชิงปริมาณแผนที่เหล่านี้เมื่อเรียนวัสดุอ่อน สามโพลิเมอร์ที่แตกต่างกับโมดูลัสตาเปล่าหนุ่มของ 0.6-0.7 GPa (Polyurethanes) และ 2.7 GPa (สไตรีน) ได้รับการวิเคราะห์โดยใช้รูปแบบใหม่เหล่านี้ มอดูลัสที่ได้รับเมื่อเทียบกับข้อมูลที่วัดได้ด้วยเทคนิคอื่น ๆ ที่ใช้กันทั่วไป, วิเคราะห์กลแบบไดนามิก (DMA), AFM ปกติและ nanoindenter เราแสดงให้เห็นว่าโมดูลัสยืดหยุ่นถูกประเมินทั้งในและ Harmonix PeakForce โหมด Qnm เมื่อใช้วัดความคมชัดปกติเพราะของวัสดุที่เครียดมากเกินไปในตัวอย่าง เรายังแสดงให้เห็นว่าทั้งสองโหมด AFM สามารถทำงานในระบอบการปกครองความเครียดเชิงเส้นเมื่อใช้หัววัดเยื้องค่อนข้างน่าเบื่อ (เริ่มจาก 210 นาโนเมตร) การวิเคราะห์รูปแบบที่มีความยืดหยุ่นที่จะใช้แสดงให้เห็นว่ารูปแบบ JKR ควรใช้สำหรับตัวอย่างการพิจารณาที่นี่แทนของรูปแบบ DMT ซึ่งจะดำเนินการใน Harmonix และ PeakForce Qnm โหมดนี้ ใช้รูปแบบ JKR and240 นาโนเมตรสอบสวน AFM ในโหมด PeakForce Qnm เราแสดงให้เห็นว่าการทำแผนที่เชิงปริมาณของโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุพอลิเมอเป็นไปได้ ความละเอียดเชิงพื้นที่ของ 50 นาโนเมตรและความลึกเยื้องต่ำสุด 2-3 นาโนเมตรจะประสบความสำเร็จ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

โมดูลัสของความยืดหยุ่นของวัสดุที่นุ่ม nanoscale บนเป็นที่สนใจเมื่อเรียนฟิล์ม , นาโนคอมโพสิตและวัสดุชีวภาพ . สองโหมดใหม่ของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม ( AFM ) ได้รับการแนะนำเมื่อเร็ว ๆนี้ : Harmonix และ peakforce qnm . ทั้งสองโหมดผลิตจำหน่ายแผนที่ของโมดูลัสยืดหยุ่นกว่าผิวตัวอย่างที่นี่เราตรวจสอบคำถามของวิธีการเชิงปริมาณ แผนที่เหล่านี้เมื่อศึกษาวัสดุที่อ่อนนุ่ม สามพอลิเมอร์ที่มีสารมอดุลัสของยัง 0.6 และ 0.7 GPA ( เกรดเฉลี่ย ( ) และ 2.7 ( สไตรีน ) โดยใช้โหมดใหม่เหล่านี้ ค่าโมดูลัสที่ได้รับเมื่อเทียบกับข้อมูลอื่น ๆที่นิยมใช้วัดด้วยเทคนิควิเคราะห์พลวัตเชิงกล ( DMA ) , AFM ปกติและ nanoindenter . เราแสดงให้เห็นว่าค่าโมดูลัสยืดหยุ่นเกินไปแล้ว ทั้ง Harmonix และโหมด qnm peakforce เมื่อใช้ปกติคม ) เพราะมากเกินไป overstressed วัสดุในตัวอย่างที่ เรายังได้แสดงให้เห็นว่าทั้งสอง AFM โหมดที่สามารถทำงานในระบบเชิงเส้นและความเครียดความเครียดเมื่อใช้โพรบเยื้องค่อนข้างทึบ ( เริ่มจาก 210 nm )การวิเคราะห์ความยืดหยุ่นของรุ่นที่จะใช้แสดงให้เห็นว่า JKR โมเดลที่จะใช้สำหรับตัวอย่างถือว่าที่นี่แทนของ DMT โมเดล ซึ่งขณะนี้ดำเนินการใน Harmonix และโหมด qnm peakforce . การใช้แบบจำลอง and240 nm AFM สอบสวน JKR ใน peakforce qnm โหมด เราแสดงให้เห็นว่าการทำแผนที่เชิงปริมาณของค่าโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุพอลิเมอร์ได้ความละเอียดเชิงพื้นที่ของ 50 nm และอย่างน้อย 2 ถึง 3 เยื้อง nm มีความลึก