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ナノメカニクスラボ

期待以上の成果を

新ナノメカニクス ラボ(NanoMechanics Lab™)は柔らかく粘着力のあるゲルや複合材から固い金属やセラミックまでトレーサビリティのあるナノインデンテーション測定と相関が取れる定量的ナノスケール特性評価を可能にします。 先進的測定モードのフルセットはサブナノメータ分解能の研究、データ量の多いAFM測定やデータ解析など完全なナノメカニカル材料研究のためのフォース及び周波数を精度よくコントロールします。

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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。

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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
Figure nmech lab 2 loss modulus
Figure nmech lab 3 loss tangent2

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はパッケージAFMで初めて、ポリマーの線形領域のレオロジー関連周波数において、完全かつ定量的なナノスケールの粘弾性測定を提供することが可能になりました。

 

ポリマーのバルク粘弾性解析には、伝統的に、1Hz未満から低kHz範囲の周波数で、材料の線形応答を保証するために、小さな歪みで動作する動的機械特性評価(DMA)が使用されてきました。対照的に、従来からあるAFMを利用した粘弾性特性評価は、はるかに高い周波数で動作する共振特性を利用しています。タッピングモードをベースに実施される場合、材料とチップ先端の接触はサイクル毎に行わる非線形プロセスとなります。

BrukerのAFM-nDMAは、独自のデュアルチャネル検出、位相ドリフト補正、リファレンス周波数トラッキングを採用し、AFMだけが提供できる空間分解能で、レオロジーに関連する0.1Hz〜20kHzの範囲の周波数領域での極小歪み測定が可能です。測定はフォースカーブ内で実施され、接触半径の定量化と接触振動を可能にし、水平応力を回避することで高い分解能と再現性を提供します。 その結果、マスターカーブの構築、ガラス転移温度の抽出、アレニウス法を用いた活性化エネルギーの解析など、バルクDMAとの相関がある貯蔵弾性率(E’)、損失弾性率(E”)、損失正接(tanδ)の測定が行われます。Brukerは世界で初めて、AFM上で動作するはナノ領域における完全かつ定量的な粘弾性解析を提供します。

Figure LP7 FEP Mastercurve
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。