Атомно-силовая микроскопия подповерхностных структур

Аннотация

Методы быстрого индентирования атомно-силовой микроскопии позволяют получать физико-механические свойства одновременно с топографией рельефа. В общем случае, получаемый рельеф зависит от усилия, с которым зонд надавливает на поверхность. В работе представлена методика обработки силовых кривых, которая позволяет анализировать изменения рельефа на каждом шаге приложенной нагрузки: разделяются поверхностный рельеф (момент касания зонда с материалом), переходная область и подповерхностные структуры (стандартное программное обеспечение выдает только рельеф, соответствующий максимуму нагрузки). Изложенный подход проиллюстрирован изучением как мягких, так и относительно жестких поверхностей. В первом случае рассматривали двухфазный полимер (полиуретан) – показана скрытая мягким нанослоем фибриллярная структура полимера; исследование нанесенного на поверхность данного полимера слоя протеинов установило дендритную наноструктуру белковой пленки под однородным поверхностным слоем. Во втором случае исследовали полимер, модифицированный плазменной имплантацией ионов углерода. Для него показаны подповерхностные неоднородности имплантированного углеродного слоя; установлено, что наведенные деформацией нанотрещины сначала образуются под поверхностью в наиболее жесткой части модифицированного слоя. В работе предложен способ оценки толщины мягкого поверхностного слоя. Также показано, что наиболее полная картина структуры подповерхности не соответствует максимуму приложенной нагрузки. Обсуждается проблема исследования адгезионных взаимодействий и допустимости использования адгезии при вычислении модуля упругости в случаях, когда поверхность неоднородного материала покрыта некоторым нанослоем. Рассмотренные методы позволяют не только определять рельеф поверхности и особенности подповерхностных структур, но и однозначно судить о том, что наблюдает исследователь при использовании стандартного программного обеспечения прибора.