Nanomechanical webslider 2017.074

ナノメカニクス ラボ

NanoMechanics Lab Collage image

Polystyrene (PS)-Polycaprolactone (PCL)

ナノメカニカル特性評価への完全なソリューション

包括的なナノ力学

非常に柔らかい水和物から固い金属、セラミックまでの幅広い材料に対してナノメカニカル特性の評価を行います。

90年代世界の先駆けになるAFM技術であのコンタクトモード、タッピングモード以降ブルカーのナノメカニカル特性評価ソリューションは世界をリードしてきました。すでに定評のあるフォースボリューム測定、PeakForce QNMを始め新たなFASTForce VolumeやFASTForce Volumeコンタクトレゾナンスを含むブルカーのナノメカニクス ラボ(NanoMechanics Lab™)は今日のナノスケールAFM測定技術において革新をもたらします。フレキシブルなフォーススペクトロスコピーを提供するこれらの測定モードは高精度でかつ高い再現性で弾性率、粘弾性率の完全なデータセットのデータキューブを1台のAFMシステムで統合的に実現します。

NanoMechanics Lab Modulus Range Applicatons table 2

 

校正された力学

ブルカー独自のAFMプローブの製造法により、ばね乗数の校正チップ形状、曲率半径の制御をすべてのプローブで実現し、これにより高精度で整合性のある測定結果を得ることが可能になります。新しいPeakForce QNM-HA機能は様々なサンプルに対してモデリング、データ解析機能が拡張されたソフトウェアで新しい測定校正手順を簡単に実現します。

Figure_nmech_lab_1_storage_modulus.png
Figure_nmech_lab_2_loss_modulus.png
Figure_nmech_lab_3_loss_tangent2.png

Quantitative storage modulus, loss modulus, and loss tangent, measured at 100Hz, on quaternary polymer blend.

独自のナノスケール機械特性測定モード

AFM-nDMA

AFM-nDMA introduces quantitative nanoscale viscoelastic characterization of polymers, probing materials at rheologically relevant frequencies, in the linear regime.

Bulk viscoelastic characterization of polymers is traditionally performed with dynamic mechanical analysis (DMA), operating at small strains to ensure a linear material response, at frequencies from below 1Hz to the low kHz range. In contrast, traditional AFM methods for viscoelastic characterization employ resonant methods that operate at much higher frequencies, and where Tapping Mode based methods are used, the tip-surface contact is made and broken at every cycle, a highly nonlinear process.

Bruker’s AFM-nDMA employs proprietary dual channel detection, phase drift correction, and reference frequency tracking, enabling a small strain measurement in the rheologically relevant 0.1Hz to 20kHz range, at the spatial resolution only AFM can provide. The measurement is embedded in a force curve, enabling contact radius quantification and oscillation in contact, combined with avoidance of lateral forces to enable resolution and reproducibility. The result are nanoscale measurements of storage modulus, loss modulus, and loss tangent that tie directly to bulk DMA, including construction of master curves, extraction of glass transition temperatures, and analysis for the activation energy using Arrhenius law. For the first time, AFM provides complete and quantitative viscoelastic analysis at the nanoscale.

Figure_LP7_FEP_Mastercurve.png
Figure_LP8_FEP_Arrhenius_Analysis.JPG
PeakForce QNM PHBV and PS

PeakForce QNM

さらに進化したPeakForce QNMは原子レベルの形状測定と同時に弾性率、凝着力、エネルギー散逸や変形量などのナノ力学特性をシンプルな手順で定量的に評価します。ピークフォースをダイレクトに制御し、かつプローブの水平方向の力を最小限にすることでプローブチップ、サンプルへのダメージを与えません。PeakForce QNMは1kPaから100GPaの弾性率の材料の定量的機械特性の研究を可能にします。

PeakForce QNMと先端形状が精密の制御されたチップおよびブルカーの周波数校正されたプローブのコンビネーションによりナノスケールレベルの高分解能マッピングを最小限の不確実性で容易に実現します。

NanoMechanics lab calibrated nanomechanics sample
NanoMechanics lab calibrated nanomechanics graph


FASTForce Volume

FASTForce Volumeは従来のForceボリュームのデータ取得スピードの20倍速で1kPaから100GPaの弾性率の材料の機械特性測定を可能にします。FASTForce Volumeはリニアランプの動作周波数を400Hz 以上までに向上しPeakForce QNMと従来のForceボリュームの周波数ギャップを埋め合わせます。各測定モードが広い周波数をカバーすることはサンプルの周波数依存性を理解することに繋がりナノ力学特性の研究に役立ちます。

NanoMechanics lab ternary polymer blend

ランプレート122HzのFASTForce Volumeによる3種類(PS, PP, PE)のポリマーブレンド解析。明るいエリアがPS(弾性率:約2.9GPa)、暗いエリアPE(弾性率:約1.8GPa)、中間的なエリアがPP(弾性率:約1.9GPa)

Nanomechanics webimage 500x

FASTForce VolumeCR(コンタクトレゾナンス)法による貯蔵弾性率(E’)の40時間以上の連続測定結果。サンプルはSi基板上(中央)のAl膜(左)とCr膜(右)。

FASTForce Volume CR

コンタクトレゾナンス(CR)は広い範囲の弾性および粘性等のナノ力学特性測定の強力なツールです。しかしながら今までコンタクトレゾナンス(CR)は 周波数スペクトラム取得の測定スピードの遅さ、解析の難しさや複雑なハードウェア等の問題がありました。

FASTForce VolumeCRは共振および非共振モードを組み合わせることによりこれらの問題を解決し1 GPa以下 から300 GPa以上までのハードマテリアルに対して最も正確な機械特性データ取得が可能です。このFASTForce VolumeCRはFASTForce Volume上においてフレキシブルで簡便に使用できるソフトウェアとして構築されています。他のコンタクトモードを使ったコンタクトレゾナンス(CR)に比べFASTForce VolumeCRは水平方向の力およびサンプルへのダメージやプローブチップの摩耗を最小限にし1本のプローブで多くのデータ取得を可能にします。