基于扫描探针的软材料静动态力学性质测量

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1、东南大学硕士学位论文摘要本论文利用扫描探针技术研究了两种软材料的静态和动态力学性质。对于聚合物微胶囊和导电纳米颗粒／硅橡胶复合薄膜两种软材料分别测量了静态弹性和动态粘弹性性质。比较不同刚度探针的力曲线，研究了用探针方法测量微囊静态弹性的方法，得到影响其测量精度的冈素，获得了徽囊壳体多层薄膜材科的弹性模量；用交流电压驱动导电探针的方法，测量了微囊在动态载荷下的响应，得到探针／微囊在导电探针作用下的振动频谱和振动信号的功率谱密度，获得微囊变形的粘弹性谱。我们首先比较了不同环境下不同表面状态的探针所受表面吸附力的大小，分析其对测量结果的影响。将Au探针和在Au表面组装18硫醇分子的探针分别

2、在水溶液和空气环境下进行力曲线测量，测量了水溶液和自组装分子的探针对基底与探针之间的范德华力和毛细力降低的效果。我们用层层吸附的方法(1ayer-by-layer)制备出大小和厚度较为均一的，直径为6um左右，壁厚为30hm的聚合物空心微胶囊，利用原子力显微镜研究了微胶囊的静态弹性模量和动态粘弹性质。实验中用不同刚度的探针进行测量结果的比较，得到了探针刚度对载荷／真实形变间关系的影响，从而获得了对特定软材料最合适的探针刚度。在动态测量粘弹性过程中，我们建立了用静电力测量软材料粘弹性的方法，通过标定、拟合、计算，可以精确地得到低模量材料在纳牛顿载荷下低频力学响应，得到不同频率下的粘滞系

3、数谱。制备了大小为4rim左右的氧化钌纳米颗粒，并将其与液体硅橡胶复合成导电硅橡胶。用原子力显微镜定量性地测量它的静态弹性性质和动态粘弹性质，实现了该测量方法在软材料复合体系中的应用。通过制备导电纳米颗粒／硅橡胶复合材料和利用原子力表征表面和电导、静／动态力学性质的测量，可以建立局域力学性质同电学性质的关联，为材料制备方法的改进、深入认识颗粒分散性同电导、静态／动态弹性模量的关系，提供新的实验方法。关键词扫描探针显微术；软材科：静态弹性；动态粘弹性东南人学硕士学位论文AbstractThisdissertationemphasizeollthemeasurementsofstatic

4、／dynamicmechanicalpropertiestwosoftmaterialsbyusingscanningcantileverstechnology．Thestaticanddynamicelasticpropertiesofpolymermicrocapsulesandconductingnanoparticle／siliconmberhavebeenmeasured．Bycomparingtheforcecurvesobtainedfromcantileversofdifferentstiffness，themethodofmeasuringstaticelastic

5、propertiesofmicrocapsulehasbeenstudied．Theinfluencetotheaccuracyofmeasurementshasbeenstudied．TheYoung'smoduleofthemultilayerpolymershellhasbeencalculated．ThedynamicresponseofthecapsuleloadedbyconductingcantileverdrivenbyACvoltagehasalsobeenmeasured．Thefluctuationspectraofthecantilever／microcaps

6、ulesystemhavebeenrecorded．Theviscoelastic$pecq3'aofthecapsulewereobtainedfrompowerdensityspectraofthecantilever／microeapsulesystem．First,theadhesionforcesofthetipofdifferentsurfacestatesinvariousenvironmentshavebeenmeasured．TheforcecurvesforthebareAutipandtheAutipmodifiedwithoctadecanethoUmonol

7、ayerinbothairandpurewaterhavebeenmeasured．TheeffectsofthewaterenvironmentandsurfacemolecularmonolayertotheVanderWaalsforceandcapillaryforcehavebeenmeasured．Theelectrolytepolymermicrocapsuleswithuniformsizeandshellthicknesshavebeen