school and education

SEM如何幫助研究聚合物的特性、性質和用途

標題

大標

聚合物具有多種用途和應用:單體的工程組合產生近乎無限數量不同特性的分子,這些特性由分子的化學組成和結構決定。分子的組成對聚合物受到不同外力作用下的行為具有很大的影響。下面文章中,您將透過實例了解掃描式電子顯微鏡(SEM)提供超出預期的結果。

通過SEM了解熱塑性聚合物的特性及探討其性質

首先,我將著重在掃描式電子顯微鏡SEM會提供哪些熱塑性聚合物的信息。

熱塑性聚合物具有線性的化學結構,與分子通過弱相互作用結合在一起。當聚合物被加熱時,很容易斷裂,將導致材料變形;而熱塑性聚合物則具有良好的耐高溫特性,並且具有高化學慣惰性和耐磨性。

 

SEM image meltblown fiber

圖1:熔噴纖維的SEM圖像。在此放大倍率下,很容易測量纖維的直徑。

 

舉例說明熱塑性聚合物的應用,它們廣泛用於纖維、電氣和電子零件,包裝薄膜的生產,也用於日用物品,例如防烤箱廚具。掃描式電子顯微鏡SEM可用於研究它們的性能和質量,也可用於改進工藝研究不同的應力如何影響這些材料。

 

聚合物性質:SEM能告訴我聚合物的哪些訊息?

進行磨損測試後,仔細觀察聚合物表面可以顯示施加到材料上的應力的真實的結果,為生產鏈的末端進一步開發材料或進行質量控制提供更多可能。

在這種情況下,通過立體重建或陰影的形狀進行粗糙度分析是一項有趣的技術,幫助研究人員測量材料上划痕的深度。

 

SEM image wax

圖2:蠟的SEM圖像。 使用SEM和EDS來研究顆粒在聚合物中的分佈和組成。

 

SEM image semiconductor

圖3:用SEM觀察半導體零件很容易檢測到生產過程中的缺陷。

 

在高倍率拍攝的圖片中可以非常精確地測量纖維和顆粒的直徑。這些分析結果提供不同種類的信息,從流體動力學特性,到可以在過濾器中捕獲的最大粒徑,再到粉末如何較好的在溶液中的溶解。

自動化程序來也可用於控制掃描式電子顯微鏡SEM來自動收集樣品圖片並測量重要參數,例如直徑、三維、長寬比或面積。這些結果可輕鬆快速地提供大量數據,節省寶貴的時間,使研究人員可以以更有生產力和效率的進行工作。

 

掃描式電子顯微鏡SEM如何幫助改善3D打印等製造工藝。

掃描式電子顯微鏡SEM也可用於研究新的、趨勢化的製造工藝,例如3D打印技術,聚合物被擠壓和操縱用以建構數位3D繪圖的實體。可以對於影印機的分辨率和質量,以及影印機本身的組件進行量測,以提升3D設備的性能表現。

SEM image 3d printed rabbit

圖4:3D列印兔子的SEM圖像。使用SEM來檢測物體的缺陷。

 

聚合物和EDS

分析薄膜中的顆粒分佈時,了解不同相的組成可以幫助改善分散過程。這種分析可以很容易的透過能量光譜分析(EDX或EDS)進行-----掃描式電子顯微鏡SEM上最常用的微量分析技術。幾秒鐘內,樣品的化學成分將會顯示在螢幕上。

 

如何在電子顯微鏡中觀察聚合物

用電子顯微鏡分析聚合物產生了許多的問題。但是,由於聚合物行業是掃描式電子顯微鏡SEM用戶中最大的群體之一,因此提供許多簡單的解決方案來獲得所需的結果。

例如,掃描式電子顯微鏡SEM在非常高的電壓下將樣品上的電子成像。另一方面,電流強度很小,以避免損壞樣品。最重要的是,觀察樣品時必須處於高真空的密閉環境中。根據樣品材料的化學和物理抗性,可能導致多種分析結果。

主要問題是電子在樣品表面上的積累,也稱為放電效應。此問題可以通過建立一個導電橋梁,連接材料表面到儀器樣品載台接地釋放電子。

另一個比較容易的方式是根據材料規格調整電子顯微鏡中的真空度,使用低真空模式觀看影像。

最後的方式是鍍膜設備,可以用金或其他導電材料的薄層覆蓋樣品材料。這適用於SEM分析,而不會顯著改變樣品的結構。

聚合物通常是非常敏感的材料。電子束會損壞它們,尤其是在施加非常高的電壓時。電子顯微鏡發出的電子可以與與分子結合,相互作用並使它們斷裂。ThermoFisher Phenom SEM提供了低真空選項,這使得可以在不損壞樣品的情況下對樣品成像。

 

 

作者介紹

Luigi Raspolini

Luigi RaspoliniThermo Fisher Scientific Phenom 桌上型掃描式電子顯微鏡SEM的應用工程師。Luigi一直在探索新的材料表徵,表面粗糙度測量和成分分析的方式。他熱衷於提升用戶體驗,並提供每種樣本進行成像的最佳方法。

 

原文網址: https://blog.phenom-world.com/polymers-characteristics-research-sem

KCT PhenomSEM Applcations

合作夥伴