原子間力顕微鏡(AFM)のアサイラム リサーチ

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   NanomechPro™ ツールキット:
   多様な材料のナノスケールのメカニカル特性を測定するための正確なツール   
 


ナノスケールのメカニカル特性を理解することは、さまざまな産業的、生物学的および構造的に重要な材料の性質や性能の評価のために基本的に重要です。サンプルと相互作用している原子間力顕微鏡(AFM)の探針の先端は、多くのさまざまな原因による力(2、3の例をあげると、弾性、粘性、凝着、ファンデルワールス)を受けます。そのため、信頼性の高い正確な材料特性の測定には、サンプルを複数のテクニックで観察する必要があることが次第に明らかになってきました 。一つのテクニックでは、正確で厳密なサンプル特性を明らかにするにはまったく不十分で、しばしば誤解や、正確ではない結果や結論さえもたらす可能性があります。


アサイラム社のCypher™およびMFP-3D™ AFMのためのNanomechPro™ツールキット(図1)は、ナノ工学研究者の要求を満たすためのツール一式を提供しており、非常に強力で急速にその広がりを見せています。さまざまなツールが相補的に機能し、それぞれのテクニックがサンプルのさまざまな応答を探り記録しますが、しばしば同時に使用することもできます(例えば図2a-d)。さらに、Cypher AFMでは、これらの新しいテクニックの多くは、小さくて速い、低ノイズのカンチレバーと組み合わせることができ、以前は達成不可能だったノイズレベルと速い速度での測定が可能なりました。

ロスタンジェントとAM-FMイメージングの組み合わせ
振幅変調(AM)原子間力顕微鏡法(別名:タッピングモードまたはACモード)は、広範囲のアプリケーションで実証され実績があり、信頼性が高く、表面に対して影響の小さいイメージング方法です。以前は、タッピングモードでの位相コントラストの定量化は困難でした。しかし、本稿では、タッピングモードにおける材料特性の明確な解釈を可能にする2つの新しいテクニック:AM-FM 粘弾性マッピング(AM-FM)およびロスタンジェントの手法を紹介します。これらの測定は同時に行われるため、測定に矛盾のないことをチェックする自己機能を内蔵装備しているといえます。新しい AM-FM イメージングテクニックは、通常のタッピングモードの特徴と利点に、定量性のある高感度の周波数変調(FM)モードを融合させました。ロスタンジェントおよびAM-FMのイメージング は、高いデータ収集速度で同時に実行させることができます。これらの米国特許8,024,963,7,937,991,7,603,891,7,921,466および7,958,563はアサイラム社の専有技術で、他に申請中のものもあります。

上記のほかに、高周波フォースモジュレーション、接触共振、垂直ナノインデンティング、フォース測定などのテクニックについて紹介されています。

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図1: NanomechPro ツールキットは、多様な材料のナノスケールのメカニカル特性を測定するための正確なツール一式で構成されています。種々のツールは相補的に機能し、それぞれのテクニックが、サンプルのさまざまな応答を探り、記録してくれます。


a) ロスタンジェント


b) AM-FM スティフネス


c) AM-FM 散逸


d) 高周波数フォースモジュレーション

図2:バイトン®/エポキシ/EPDM(左から右)サンドイッチのイメージ。 (a) はロスタンジェントの定量的なデータを示しており、バイトンの、より高いロスタンジェントが明確に現れています。(b) では2次モードの共振周波数トラッキングにより、スティフネスを測定しており、バイトンの弾性モジュラス(ショアA 78)とEPDMの弾性モジュラス(ショアA 58)の違いを明確に解像しています。(c) は損失モジュラスに関連したAM-FM散逸です。(d) はフォースモジュレーション振幅のイメージで、より高い侵入深さでの第2の別のテクニックでスティフネスを測定しており、(b) のAM-FMの結果に対して補足的な情報を提供しています。