روش جدیدی برای آنالیز حرارتی نانوساختارها

نانوفیلم‌های پلیمری و نانوکامپوزیت‌ها دارای پتانسیل کاربردی درحوزه‌های مختلف هستند، از آنها می‌توان در بسته‌بندی مواد غذایی، وسایل ورزشی، خودروسازی و هوافضا استفاده کرد. آنالیز گرمایی به‌صورت معمول برای آنالیز مواد در این حوزه‌ها استفاده می‌شود، اما با گسترش استفاده از نانوساختارها، روش‌های مربوط به مواد توده‌ای دیگر کافی نیست.

 در سال‌های اخیر، از روش‌های مبتنی بر میکروسکوپ نیروی اتمی موسوم به آنالیز گرمایی نانومقیاس (nanoTA) برای بررسی خواص وابسته به گرما در موادی با مقیاس زیر ۱۰۰ نانومتر استفاده می‌شود. در حالت معمولی، آنالیز گرمایی نانومقیاس روش عالی برای پلیمرهای نرم است. اما اخیراً محققان دانشگاه ایلینویز با همکاری شرکت تجهیزات آناسیس نشان دادند که می‌توان آنالیز حرارتی را روی مواد محکم مانند اپوکسی و کامپوزیت‌های پرشده انجام داد.

ویلیام کینگ از محققان این پروژه و استاد دانشکده علوم و مهندسی مکانیک دانشگاه ایلینویز می‌گوید: “این روش جدید به ما اجازه می‌دهد تا خواص وابسته به دما و فرکانس را در زمانی کم و در محدوده وسیعی از پهنای باند انجام دهیم.”

این روش به این شکل است که یک جریانی در بازوی U شکل کانتیلور میکروسکوپ نیروی اتمی که دارای هیتر می باشد، اعمال می‌شود. این جریان با یک میدان مغناطیسی برهمکنش می‌دهد. میدان مغناطیسی اجازه می‌دهد تا نیروی میان نوک AFM و نمونه نزدیک نوک میکروسکوپ تلفیق شود. بایونگی لی، یکی دیگر از محققان می‌گوید: “ما قادریم تا کنترل نیرو را در مقیاس نانو انجام دهیم به شکلی که کاملا از گرما مستقل باشد.”

کاریگ پراتر، یکی از مدیران شرکت تجهیزات آناسیس می‌گوید: “آنالیز گرمایی نانومقیاس معمولی در مورد مواد به شدت پر شده و یا شبکه ای شده و همچنین فیلم های نازک در مقیاس‌های زیر ۱۰۰ نانومتر با دشواری های فراوانی انجام شده است. اما این روش جدید به ما این امکان را می‌دهد که انتقال شیشه و انتقال ذوب را در این مواد اندازه‌گیری کنیم، درحالی که پیش از این، این موضوع بسیار چالش برانگیز بوده است.”

این تحقیق در آزمایشگاه نانومهندسی شرکت تجهیزات آناسیس انجام شده است. نتایج این تحقیق در در نشریه Journal Nanotechnology به چاپ رسیده است.