Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние методов атомно-силовой микроскопии (обзор литературы)
1.1. Сканирующая атомно-силовая микроскопия 8
1.1.1. Принцип работы атомно-силового микроскопа 8
1.1.2. Режимы сканирования АСМ 11
1.2. Атомно-силовая спектроскопия и ее приложения 21
Глава 2. Методы исследования 34
2.1. Многопараметрическая методика АСМ 34
2.1.1. Траектория сканирования 36
2.1.2. Регистрация данных 36
2.1.3. Обработка данных и формирование изображений 37
2.1.4. Измеряемые параметры 38
2.1.5. Определяемые параметры 41
2.2. Сканирующий атомно-силовой микроскоп - спектроскоп 43
2.2.1. Механическая часть АСМС 46
2.2.2. Электронная система управления АСМС 50
2.2.3. Программное обеспечение и методика работы 51
2.3. Другие методы исследования 52
2.3.1. Сканирующая электронная микроскопия, электронно-зондовый рентгеноспектральный микроанализ 52
2.3.2. Просвечивающая электронная микроскопия 55
2.3.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия 56
Глава 3. Адсорбированные слои воды на поверхности графита 57
3.1. Адсорбированные слои воды на поверхности твердых тел 57
3.2. Объекты и методика эксперимента 60
3.3. Результаты эксперимента 62
3.4. Механизм формирования адсорбционных слоев воды на графите 66
Глава 4. Исследования отдельных наночастиц и их ансамблей 70
4.1. Дендримеры 71
4.1.1. Объекты и методика исследования 71
4.1.2. Результаты измерений 72
4.2. Наночастицы технического углерода и диоксида кремния 82
Глава 5. Смеси полимеров и наполненные эластомеры 88
5.1. Объекты исследования 89
5.2. Смеси полимеров 89
5.3. Исследование переходных зон 98
5.4. Наполненные эластомеры 105
Глава 6. Примеры применения МПМ к изучению структур с развитым рельефом 108
Выводы 118
Список литературы 120
- Принцип работы атомно-силового микроскопа
- Сканирующий атомно-силовой микроскоп - спектроскоп
- Механизм формирования адсорбционных слоев воды на графите
- Наночастицы технического углерода и диоксида кремния
Введение к работе
Актуальность работы
Атомно-силовая микроскопия (АСМ) является «глазами», а иногда и «руками», в современных физико-химических исследованиях на микро- и наномасштабном уровне. АСМ позволяет получать уникальную информацию о строении поверхности, определять деформационно-прочностные и релаксационные свойства индивидуальных макромолекул. Проведены исследования по измерению энергии специфического взаимодействия между различными функциональными группами органических и биологических макромолекул, показана возможность прямого определения молекулярной массы полимерных цепей и т.д. В последние годы появилась тенденция использования АСМ in situ в исследованиях плавления кристаллических и жидкокристаллических фаз.
Несмотря на то, что современные атомно-силовые микроскопы оснащены достаточно большим набором измерительных режимов, их практическое применение выявило ряд недостатков, ограничивающих возможности их эффективного использования. Не все режимы обладают высокой разрешающей способностью. Некоторые режимы эффективны
Введение 5
только на «идеальных» со структурно-морфологической точки зрения образцах. Предоставляемая информация не всегда достаточна из-за малого числа одновременно получаемых данных и часто трудно интерпретируема из-за зависимости результатов сразу от нескольких свойств образца. Необходимость многократного сканирования, обусловленная различными аппаратными реализациями разных режимов и использованием ими разных зондов, приводит к несопоставимости данных друг с другом с точки зрения привязки к одной и той же точке поверхности и одного и того же времени измерения. Техническая реализация режимов основана на использовании системы слежения, которая является самым активным источником артефактов. Эти недостатки вызывают необходимость продолжения научного поиска, совершенствования и создания новых средств и новых методологий их использования.
Уникальность современных наноматериалов и возможности нанотехнологий обусловлены свойствами единичных локальных наноразмерных объектов. Именно поэтому необходимо обеспечение возможности не только контроля размеров этих объектов, но и измерения их всевозможных локальных свойств.
Разнообразие материалов, применяемых в различных новых технологиях и/или являющихся результатом этих технологий, ставит задачу по созданию универсальных методов исследования, обладающих широким практическим применением, высокой разрешающей способностью и позволяющих при этом достоверно определять различные локальные свойства исследуемых объектов.
Цель работы состояла в разработке нового подхода в исследовании поверхности, позволяющего расширить область применения атомно-силовой микроскопии, обеспечив при этом возможность получения многогранной информации о морфологии и характеристиках поверхности исследуемых объектов с высоким пространственным разрешением.
Введение 6
В диссертации решались следующие конкретные задачи:
критический анализ режимов измерений, реализованных в современных атомно-силовых микроскопах и разработка требований к параметрам системы измерений;
разработка и создание аппаратурного оформления, обеспечивающего реализацию необходимой траектории движения зонда и регистрацию комплекса данных в каждой точке сканирования;
разработка программного обеспечения, позволяющего регистрировать силовые кривые в каждой точке сканирования, накапливать их, идентифицировать их характерные точки и картировать получаемые из них данные;
апробация разработанной методики анализа поверхности твердых тел на различных по природе микро- и нанообъектах.
Работа выполнена в рамках НИР ИФХЭ РАН (номер гос. per. 0120.0 506526), гранта РФФИ № 02-03-32991 и гранта фирмы Хальдор Топсе.
Научная новизна
В работе впервые:
предложена многопараметрическая методика исследования поверхности твердых тел различной природы, фазового состава и дисперсности, предоставляющая возможность одновременного картирования исследуемой поверхности по целому ряду характеризующих ее параметров.
получен набор силовых кривых, характеризующих взаимодействие зонда с графитом и адсорбционными слоями воды на его поверхности, индивидуальными молекулами дендримеров, их ассоциатами, фуллеренами, диоксидом кремния, фазами ПВХ и нитрильных каучуков. Показана возможность использования
Введение
предложенной методики для исследования концентрационных градиентов и межфазных границ в полимер-полимерных системах.
разработан и построен прибор «Атомно-силовой микроскоп-спектроскоп», позволяющий реализовать многопараметрические измерения на поверхностях и частицах различной природы, морфологии и дисперсности.
разработано программное обеспечение, идентифицирующее и картирующее характерные точки силовых кривых.
Практическая значимость работы
Разработан аппаратно-программный комплекс, позволяющий проводить в многопараметрическом режиме исследования различных поверхностей.
Показана высокая эффективность методики при анализе состояния дисперсной фазы в различных композиционных материалах, резинах, эластомерах, строительных материалах.
Методика многопараметрического анализа запатентована в России, США и Канаде.
Автор выносит на защиту:
многопараметрическую методику исследования поверхности твердых тел различной природы, фазового состава и дисперсности.
прибор «Атомно-силовой микроскоп-спектроскоп», позволяющий реализовать многопараметрические измерения на поверхностях и частицах различной природы, морфологии и дисперсности.
набор силовых кривых и карты их параметров, характеризующих взаимодействие зонда с графитом и адсорбционными слоями воды на его поверхности, индивидуальными молекулами дендримеров и их ассоциатами, фазами ПВХ и нитрильных каучуков.
Принцип работы атомно-силового микроскопа
В контактном режиме (contact mode) [1] зонд приводят в механический контакт с образцом и сканируют исследуемый участок при постоянном давлении на его поверхность. Постоянной поддерживается измеряемая величина изгиба кантилевера S - сигнал (Fn- n— ИП) (рис.2). За топографию поверхности принимается траектория перемещения образца зонда по координате Z(x,y) - сигнал (СС—ИП).
Режим силы трения (Lateral force microscopy (LFM)) [5] - это дополнение к контактному режиму. Он обеспечивает регистрацию величины «скручивания» кантилевера (Fj— П—»ИП), которая характеризует тормозящую зонд при его латеральном перемещении силу трения.
Таким же дополнением к контактному режиму является и резким измерения электропроводности (Spreading resistance microscopy). В нем измеряется величина электрического тока, проходящего через зонд (j,- n- m).
В режиме силовой модуляции (force modulation mode) [6] производится механическое колебание образца по вертикали, которое возбуждается гармоническим сигналом постоянной амплитуды (Г— Z). Сканирование производится также в контактном режиме. При этом дополнительно регистрируются величина амплитуды колебаний зонда (Fn— А—»ИП), отражающая изменение деформации образца, и величина сдвига фазы (Fn— Ф— ИП), характеризующая пластичность его материала.
В режиме измерения адгезии (adhesive mode) [7] топография тоже измеряется в контактном режиме, но после регистрации координаты точки поверхности, зонд быстро отдаляется от нее на заданное расстояние и сразу же возвращается в контакт. Регистрируется величина максимального положительного прогиба кантилевера (Fn— А—»ИП), которая соответствует силе его отрыва от поверхности.
В бесконтактном режиме (поп contact mode) [8] зонд колеблется над поверхностью (R 100 нм) с амплитудой порядка 2-5 нм, не касаясь поверхности и находящихся на ней объектов. Идея измерения основана на использовании зависимости суммарной жесткости системы зонд-образец (и, как следствие, ее резонансной частоты) от градиента поверхностных сил и на использовании большой крутизны амплитудно-частотных или фазово-частотных характеристик в резонансе. Колебания зонда возбуждаются модуляцией положения кантилевера гармоническим сигналом постоянной амплитуды (Г— ZP) вблизи его резонансной частоты. Постоянной поддерживается либо измеряемая величина амплитуды колебаний кантилевера (Fn— А— СС— ИП), либо величина сдвига фазы (Fn—»Ф— СС— ИП), а за топографию поверхности принимается траектория перемещения образца Z(x,y).
Режим поперечных колебаний (torsional resonance mode) является аналогом бесконтактного режима. В нем также положение закрепленного конца кантилевера модулируется гармоническим сигналом постоянной амплитуды, но не по нормали, а в латеральной плоскости (Г—»Yp). Это делает возможным регистрацию изменения молекулярных сил в плоскости образца (F1— А— ИП).
В режиме электрических сил (Electric force microscopy (EFM)) [9] производится гармоническая модуляция электрического потенциала на зонде (Г—»Ut). Вследствие переменных электрических взаимодействий зонда с поверхностью возникают механические колебания кантилевера. Регистрируемая на частоте возбуждения амплитуда колебаний пропорциональна силе взаимодействия, обусловленного электрическим потенциалом на поверхности (Fn—»A(w)— ИП).
Емкостной режим (Scanning capacitance microscopy (SCM)) обеспечивает регистрацию амплитуды вызванных таким образом колебаний на удвоенной частоте возбуждения, которая пропорциональна емкости контакта, зависящей, в свою очередь, от поляризационных свойств материала поверхности (Fn— A(2w) Pffl).
Последние два режима, регистрирующие величины двух составляющих электрического взаимодействия в точке расположения зонда, имеют смысл только на одинаковом расстоянии последнего от поверхности. Для этого осуществляется контроль топографии поверхности, который может проводиться тремя способами: 1) используется образец с идеально ровной поверхностью (polarization mode), а зонд движется над ней по прямой траектории [10]; 2) проводится предварительное сканирование в одном из базовых режимов с запоминанием координат топографии поверхности, после которого производится повторное сканирование на заданном удалении от нее (Lift mode [11]); 3) режим электрических сил совмещается с бесконтактным режимом, используя близкие частоты возбуждения, вызывающие амплитудные биения. При этом регистрируется амплитуда биений и поддерживается равной нулю, посредством подачи на зонд компенсирующего постоянного потенциала, который и несет информацию о поверхностном потенциале (Fn— А— А— СС— Ut— ИП). Так работает режим Кельвина (Surface potential microscopy, Kelvin mode) [12].
В полуконтактном режиме (постукивающий режим, режим прерывистого контакта, резонансный режим, tapping mode [13]) зонд колеблется вблизи поверхности, касаясь ее. Идея измерения координаты поверхности заключается в ограничении амплитуды колебаний кантилевера самой поверхностью. Колебания зонда возбуждаются модуляцией положения кантилевера гармоническим сигналом постоянной амплитуды (Г— ZP). Чтобы обеспечить зонду значительную энергию на преодоление сил прилипания амплитуда колебаний задается достаточно большой (до 500 нм), а сами колебания производятся на резонансной частоте кантилевера. Постоянной поддерживается измеряемая величина амплитуды колебаний кантилевера, а за топографию поверхности принимается траектория перемещения образца (Fn— А—»СС— ИП).
Режим фазовых изображений (phase imaging mode) [14] - это дополнение к полуконтактному режиму, которое обеспечивает дополнительную регистрацию величины сдвига фазы между возбуждающими и регистрируемыми колебаниями (Fn— Ф— ИП).
Сканирующий атомно-силовой микроскоп - спектроскоп
Много работ посвящено качественному и количественному изучению упругих свойств биообъектов в различных условиях. Были изучены белки [101], хромосомы [102], клетки [103-106], хрящи [107, 108], скелетно-клеточные структуры [109] Произведены количественные измерения эластичности человеческого тромбоцита и других мягких объектов [ПО, 111]. В дополнение ко всему существует большое количество работ по изучению упругих свойств растягиванием отдельных молекул, начиная от полимеров [69, 112], белков [101, 113] и заканчивая ДНК [114, 115]. Наиболее существенным в АСС является то, что существующая возможность определения модуля упругости поверхности может позволить идентифицировать ее материал.
Рассмотренная выше контактная задача двух тел не всегда может быть сведена только к упругим явлениям. Точные условия зарождения пластичности были даны Баркинсом и Мажи [116]. Выражение для вызванной адгезией пластической деформации во всем пластическом диапазоне было дано в работах [117, 118] и позднее в [119].
У многих материалов (в основном полимеров) наблюдается изменение со временем вида соотношения, связывающего механическое напряжение с деформацией, называемое вязкоупругим поведением. Экспериментально было показано [120], что при разгрузке сила разрыва может превышать на несколько порядков величину термодинамической энергии необходимую для разрушения контакта двух геометрических поверхностей.
Для описания кинетики механического контакта существует несколько подходов, в том числе модель [121], в которой предсказано увеличение эффективной длины границы контакта при увеличении скорости разделения, в результате чего увеличивается адгезивная сила. Случаи увеличения адгезии при увеличении скорости разделения были замечены в основном при изучении полимеров и чаще всего объяснялись диссипацией энергии во внутренней части объемного материала полимера, чем на его поверхности [120-129].
Оказалось, что в некоторых случаях сила, необходимая для разделения двух контактирующих поверхностей, зависит еще и от времени пребывания поверхностей в контакте. Такая зависимость наблюдалась в основном в работах с полимерами [122, 123, 130-134], начиная с первой работы по применению эластомерных линз, и всегда объяснялась диффузным взаимопроникновением материалов поверхностей.
В заключении следует также отметить, что множество экспериментов по измерению адгезии, как непокрытых гладких поверхностей (например, слюды [127, 135]), так и для адсорбированных покрытий [130, 136] и полимеров [124], при медленных скоростях сближения и разведения, показали результаты в хорошем соответствии с ожидаемыми термодинамическими поверхностными энергиями.
Из обзора приведенных работ следует, что СК содержат богатую информацию о различных физико-химических характеристиках исследуемого объекта. Над извлечением этой информации ведется активная работа. Созданы и продолжают создаваться различные экспериментальные, теоретические и методологические базы. Однако недостатком метода АСС является возможность проведения измерений только в одной выбранной точке, в то время как АСМ позволяет получать информацию обо всей исследуемой поверхности образца.
Анализ современных методов исследования АСМ и литературы позволяет заключить, что, несмотря на существования большого количества режимов измерения АСМ, существует необходимость универсального метода исследования, позволяющего расширить область практического применения исследований, обеспечить их большую информационность и достоверность.
Несмотря на то, что современные атомно-силовые микроскопы оснащены достаточно большим набором измерительных режимов, их практическое применение выявило ряд недостатков, ограничивающих возможности их эффективного использования. Не все режимы обладают высокой разрешающей способностью. Некоторые режимы эффективны только на «идеальных» со структурно-морфологической точки зрения образцах. Предоставляемая информация не всегда достаточна из-за малого числа одновременно получаемых данных и часто трудно интерпретируема из-за зависимости результатов сразу от нескольких свойств образца. Необходимость многократного сканирования, обусловленная различными аппаратными реализациями разных режимов и использованием ими разных зондов, приводит к несопоставимости данных друг с другом с точки зрения привязки к одной и той же точке поверхности и одного и того же времени измерения. Техническая реализация режимов основана на использовании системы слежения, которая является самым активным источником артефактов. Эти недостатки вызывают необходимость продолжения научного поиска, совершенствования и создания новых средств и новых методологий их использования.
Уникальность современных наноматериалов и возможности нанотехнологий обусловлены свойствами единичных локальных наноразмерных объектов. Именно поэтому необходимо обеспечение возможности не только контроля размеров этих объектов, но и измерения их всевозможных локальных свойств.
Механизм формирования адсорбционных слоев воды на графите
Представленные выше результаты свидетельствуют, что на поверхности исследуемого образца, отсутствуют «первичные адсорбционные центры», характерные для многих углеродных адсорбентов и углеграфитовых материалов. В связи с этим в условиях низкой и средней влажности нам не удалось обнаружить «связанных» слоев молекул воды на поверхности графита. Этот результат находится в согласии с исследованиями [148], в которых методами гравиметрии и ЯМР также было показано отсутствие на поверхности графитизированной сажи стабильных слоев молекул воды. Тем не менее, мы предполагаем, что подвижные слои адсорбированных молекул низкой плотности присутствуют на гидрофобной поверхности графита и в этой области активности пара. Эти слои несколько трансформируются при переходе в область высокой влажности. Однако эта трансформация не приводит к образованию плотных адсорбционных слоев, а касается лишь небольшого увеличения их плотности и толщины. Именно эта составляющая адсорбционного слоя осуществляет перераспределение молекул воды между каплями - островками и менисками и определяет время их жизни.
На рис. 24 полученные нами результаты измерения параметра AD сопоставлены с данными работы [147] для системы «гидрофильный образец -гидрофобный зонд». Можно видеть, что в области низких активностей паров сорбата наблюдается вполне удовлетворительное согласие. Отличительный признак системы «графит - кремниевый зонд» состоит в том, что сила отрыва в этой системе для атомарно-гладких участков несколько снижается: от 6.9 нН при низких влажностях до -4.9 нН при высокой влажности. Тогда как для описанных систем сила отрыва до момента конденсации паров практически постоянна. Мы предполагаем, что обнаруженный нами эффект связан либо с уменьшением константы Гамакера из-за изменения насыщенности водяного пара около поверхности, либо с появлением на поверхности зонда слоев сорбированной влаги.
В области высоких значений относительной влажности, т.е. вблизи насыщения, система становится чувствительна к наличию на поверхности графита структурных дефектов. Присутствие последних приводит к самопроизвольному образованию островков - капель воды размером от 50 до 70 нм. То, что эти капли имеют иную природу, чем адсорбционный слой молекул воды на графите, свидетельствуют результаты следующих оценочных расчетов. Взаимодействие зонда с поверхностью графита внутри островка равны величине параметра ad на рис. 20 г (-0.8 нН). Капиллярная сила, действующая на зонд в процессе его отрыва, равна разности параметров AD и ad. Оценки показали, что она равна -4.1 нН. Подставив это значение в уравнение Израелашвилли
FcaP= - (47iRycos0)/(l+h/d). где капиллярная сила Fcap = 4.1 нН, глубина погружения d=8.6 нм, расстояние зонд-образец h=4.0 нм, угол смачивания (для окисленного кремния) 9=43, радиус зонда R=10 нм, получим значение поверхностного натяжения жидкой фазы островка у = 67 мДж/м2. Оно находится в хорошем количественном согласии с поверхностным натяжением жидкой воды 72 мДж/м .
Таким образом, на монокристальной поверхности графита в отсутствии структурных дефектов в широкой области относительных влажностей присутствует слабо связанный подвижный адсорбционный слой молекул воды. Формирование капель - менисков происходит только в зоне контакта гидрофильного зонда с поверхностью графита. Самопроизвольное обратимое образование этой фазы возможно лишь при давлении близком к давлению насыщения.
В условиях высокой влажности наличие структурных дефектов приводит к самопроизвольному образованию устойчивых островков - капель. Очевидно, что количество этих образований будет определяться долей дефектов, а значение р/р,. - энергетическим состоянием дефекта, величиной его локальной избыточной свободной энергии.
Можно полагать, что эта схема процесса лишь несколько трансформируется, если на поверхности появятся полярные активные центры.
Полученные данные по картированию параметров ТО, AT и AD позволили создать схему островка сорбированных молекул воды на поверхности графита (рис. 25).
Таким образом, МПМ позволяет идентифицировать состояние адсорбированных молекул воды на монокристальной поверхности графита и определять размеры островков-капель в области высокой влажности.
Среди современных физических методов исследований только аналитическая электронная микроскопия и сканирующая зондовая микроскопия позволяют изучать структурно-морфологические параметры индивидуальных частиц. В качестве примера можно привести некоторые данные, полученные этими методами для индивидуальных макромолекул. В работах [150,151] описаны флуктуации размеров макромолекулярных клубков, растворенных в полимерных средах. Определено распределение плотности сегментов по сечению клубка и глобулы. Сформулировано представление о макромолекуле как о наночастице. Прослежена эволюция конформаци-онных параметров клубков при их переходе из одной точки диаграммы фазового состояния в другую. В серии работ [69, 112] получены кривые растяжения клубков и глобул индивидуальных макромолекул, определены их модули упругости, проанализировано влияние внутримолекулярных взаимодействий на деформационные характеристики цепей.
Наночастицы технического углерода и диоксида кремния
Результаты регистрации силовых кривых пирамидальным кремниевым и конусным вольфрамовым зондами на образцах с частицами и контрольных чистых подложках позволили предположить следующую картину событий, происходящих при исследовании отдельных частиц на используемых поверхностях.
При контакте зонда с исследуемыми частицами последние могут адсорбироваться на него, и в контакте с подложкой образовывать мениск, который проявляется на СК. Было замечено, что кремневый пирамидальный зонд более подвержен этому явлению, чем острый конусообразный вольфрамовый зонд. При отрыве зонда от поверхности частицы, образующие мениск, переходят на тело зонда, не оставаясь на поверхности. Об этом свидетельствует то, что на СК последующий контакт регистрируется чистым зондом с чистой поверхностью, а при отводе опять регистрируется мениск. В процессе измерений, когда зонд контактирует с все новыми частицами, на нем, очевидно, может расти «капля» из них, и мениск, образуемый каплей при контакте увеличиваться. Если измерения проводить в одной точке, то состояние зонда, поверхности и процесс измерения СК неизменны. Поэтому можно утверждать, что «капля» из частиц собирается выше острия, оставляя открытым острие. Увеличиваясь в размерах, «капля» может закрывать острие зонда и тогда последующие контакты будут уже не между зондом и поверхностью, а между «каплей» (и через нее) и поверхностью, что сразу отражается на результатах сканирования и на виде СК. Увеличивающаяся «капля» становится нестабильной и она или ее часть может быть удалена с зонда случайным образом при передвижении зонда. Наличие таких образований на поверхности особенно характерно при работе с кремниевыми зондами.
Мениск между зондом и поверхностью состоит именно из частиц дендримера, а не из воды. Это было доказано путем исследования образований на поверхности, появившихся в результате сбрасывания «капли» с зонда, и независимостью силовых кривых от номера измерения в одной точке поверхности. Регистрация отдельных частиц на поверхности как слюды, так и полимерной пленки возможна только при использовании острого вольфрамового зонда, поскольку он значительно менее подвержен адсорбции частицами по сравнению с кремниевым.
Мениск при контакте может образовываться и на кремниевом, и на вольфрамовом зондах. То, что в первом случае переход отдельного кластера на зонд происходит всегда, а во втором случае крайне редко, можно объяснить только различиями между зондами. Очевидно, что разной является адгезия дендримера к материалам зондов, но существенной является также разница в их геометрии. Кремниевый зонд имеет пирамидальную форму и, соответственно, его грань взаимодействует с дендримером как плоская поверхность. Вольфрамовый зонд имеет форму конуса с малым углом при вершине. Таким образом, из геометрических соображений его взаимодействие с дендримером должно быть значительно меньше. Именно поэтому тонкое круглое острие может не удерживать молекулы дендриме-ров и таким образом быть всегда свободным от «капли». Таким образом, при исследовании отдельных частиц на гладких поверхностях большое значение имеет не только острота зонда, обеспечивающая высокую разрешающую способность, но и форма зонда, определяющая вероятность адсорбции на него исследуемых частиц, от которой зависит принципиальная способность исследования.
Явление адсорбции исследуемых частиц на зонд можно использовать как средство модификации зонда этими частицами и исследовать, таким образом, их взаимодействие с разными подложками. Так, например, при контакте «модифицированного» частицами зонда с полимерной пленкой образуется большой мениск и капиллярные силы преобладают над силами адгезии зонда с пленкой внутри мениска, а при контакте того же зонда с графитом наблюдается противоположная картина: адгезия зонда с графитом доминирует, а капиллярные силы незначительны.
Используя результаты, описанные выше, были выбраны и оптимизированы режимы просмотра наночастиц технического углерода (ТУ) N220 на поверхности графита и диоксида кремния Zeosil на поверхности слюды.
Нанесение наночастиц проводили из разбавленных дисперсий ТУ в толуоле, а диоксида кремния - в воде. Перед нанесением дисперсии подвергали ультразвуковой обработке на установке УЗДМ при частоте 20 КГц в течение 30 мин. Эти условия обеспечивали однородный густозаселенный слой агломератов - сростков.
На рис. 37 представлены типичные изображения, полученные МПМ, индивидуальных агломератов частиц технического углерода при различных увеличениях. Для сравнения на рис. 38 приведены изображения отдельных фрагментов агломератов, полученных МПМ АСМ и просвечивающей электронной микроскопией.
