原子力显微镜(AFM)自1986年由诺贝尔物理学奖获得者Binnig等人发明以来,因其具有高空间分辨率、灵活多样的操作模式和操作环境、可进行多参数多功能成像等优势,目前已在物理学、化学、材料科学、生物医学、微电子学和环境科学等众多学科领域得到极为广泛的应用,成为研究微纳尺度形貌与微区性能不可或缺的重要工具。
聚合物具有复杂的多尺度微观结构。研究各级结构并建立其与性能之间的构效关系是聚合物科学的重要目标和挑战。在众多研究方法中,AFM所具有的可精准获取微观结构与性能信息的优势使其自发明之日起就成为聚合物表征的重要工具,在多级结构与性能表征、复杂动力学过程分析,以及阐明微观结构与宏观物理化学性能间相互关系的研究中发挥了重要作用,其应用几乎涵盖了聚合物科学的各个领域。近年来,基于AFM的衍生技术仍处于快速发展阶段,如AFM高速成像技术、AFM纳米流变、AFM纳米红外光谱技术等,其在聚合物微观结构与性能研究中的应用必将得到进一步的加强。在这种情况下,作者确信,一本全面论述AFM基本原理及研究聚合物微观结构与性能的专著是从事相关科学技术研究的科研人员和专业师生所需要的。因此,作者出版了《原子力显微镜及聚合物微观结构与性能》一书,希望对同行的研究有所帮助。
全书共9章。第1章介绍扫描探针显微镜的发展历史、工作原理和特点;第2章介绍AFM仪器学、探针-样品间相互作用力、成像原理、AFM基础和各种衍生成像模式;第3章介绍轻敲模式在嵌段共聚物自组装、聚合物表面分子动力学、单链构象、刺激响应行为、界面反应动力学及次表面结构等六个研究领域的典型应用;第4章介绍接触力学、AFM纳米力学成像及其在聚合物纳米纤维、薄膜、共混物及复合材料研究中的应用;第5章介绍近年发展的几种AFM纳米流变技术原理及其在聚合物表面与界面研究领域的应用;第6章介绍AFM纳米红外光谱技术的基本原理及其在多组分聚合物体系中定性和定量分析、聚合物复合材料界面、聚合物老化等领域的应用;第7章介绍几种典型AFM成像模式在研究高分子成核、结晶与熔融过程及结晶形态结构分析中的应用;第8章介绍几种典型AFM成像模式在研究聚合物太阳能电池薄膜活性层形貌和电学特性中的应用;第9章介绍引起AFM假像与测量误差的因素及相应的解决方法,以及AFM样品制备。
致谢:作者要感谢张彬教授、刘瑶教授对本书成稿的贡献!感谢“高性能高分子材料丛书”总主编蹇锡高院士、常务副总主编张立群院士、副总主编、编委及科学出版社翁静一编辑对本书出版给予的支持和鼓励!由于作者学识有限,书中难免有疏漏或不足之处,敬请同仁批评指正!
本文摘编自《原子力显微镜及聚合物微观结构与性能》一书(王东 著,科学出版社,ISBN:978-7-03-071409-1)。
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