原子力显微镜技术在纺织化学与染整中的应用市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

LOGO原子力显微镜技术在纺织化学原子力显微镜技术在纺织化学与染整中应用与染整中应用 072030 王晓芳第1页LOGO原子力显微镜技术原理原子力显微镜技术原理原子力显微镜技术在染整中应用原子力显微镜技术在染整中应用展望及参考文件展望及参考文件C第2页LOGO一、原子力显微镜技术原理一、原子力显微镜技术原理工作原理系统结构工作模式Atomic Force Microscope 第3页LOGO1 1、AFMAFM系统结构图示系统结构图示力检测位置检测反馈系统第4页LOGO2 2、AFMAFM工作原理工作原理v原子力显微镜是以针尖与样品之间原子之间范德华力作用来展现样品表面特征。v1、当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面原子间排斥力、吸引力会使微悬臂轻微变形；v2、一束激光照射在微悬臂末端，经微悬臂后面反射到光电检测器，激光反射光位置会因悬臂摆动改变，造成偏移量；详细怎样展现呢详细怎样展现呢第5页LOGO2 2、AFMAFM工作原理工作原理v3、激光光斑位置探测器（PSPD）对落在四个象限光强进行计算，将偏移量统计下，并转换成电信号；v4、反馈回路依据检测器信号与预置值差值，不停调整针尖与样品之间距离，而且保持针尖与样品之间作用力不变，就能够得到表面形貌像。这种测量模式称为恒力模式。当已知样品表面非常平滑时，能够采取恒高模式进行扫描，即针尖与样品之间距离保持恒定，这时针尖与样品之间作用力大小直接反应了表面形貌图像。第6页LOGO3 3、AFMAFM工作模式工作模式v工作模式是按照针尖与样品之间作用力形式来分类，针尖与样品之间各种相互作用力能够概括为短程排斥力和长程吸引力。v作用力与针尖与样品间距关系如图：第7页LOGO3 3、AFMAFM工作模式工作模式针尖一直与样品保持接触，悬臂施加在针尖上力有可能破坏试样表面结构，不易对柔嫩物体表面扫描。悬臂在距离试样表面上方振荡，样品不会被破坏，针尖也不会被污染，尤其适合于研究柔嫩物体表面。悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅是周期性短暂地接触/敲击样品表面，适合于分析研究柔软、粘性和脆性样品非接触模式非接触模式敲击模式敲击模式接触模式接触模式a-b段c-d段第8页LOGO二、二、AFMAFM在纺织化学与染整中应用在纺织化学与染整中应用 AFMAFM在纺织化在纺织化学与染整中学与染整中应用应用AFMAFM在染整加工对象中应用在染整加工对象中应用AFMAFM在染整加工工艺中应用在染整加工工艺中应用第9页LOGO（一）（一）AFMAFM在染整加工对象中应用在染整加工对象中应用着色剂着色剂助剂助剂纤维材料纤维材料第10页LOGO1 1、AFMAFM在纤维材料方面应用在纤维材料方面应用纤维纤维纤维表面微摩擦性能研究纤维复合材料界面特征研究纤维微结构表征纤维薄膜表征第11页LOGO（1 1）纤维微观结构表征）纤维微观结构表征v1、王禄山，高培基3等利用原子力显微镜对棉纤维表面立体结构进行直接观察分析，确证了微纤丝聚集排列方式多样性。v2、余雁，江泽慧4等利用原子力显微镜对毛竹纤维微纤丝取向进行了高分辨观察。v3、华坚，范仲勇6等利用AFM对一个天然纳米纤维捕鸟蛛丝物理化学结构进行了表征，所得图像显示，蜘蛛丝表面在纵向和横向上波动，并可见到表面横向沟槽在一定长度内周期性分布。v4、吉晓江，田云飞8等用原子力显微镜在纤维水平上对皮革胶原纤维精细结构进行了研究，并进行了系统描述和量化表征。第12页LOGO（2 2）纤维表面微摩擦性能研究）纤维表面微摩擦性能研究v利用AFM针尖对样品表面进行扫描,来模拟在微摩擦中存在点面接触情况。v1、李学峰，李伟敏10等利用原子力显微镜对材料表面微摩擦性能研究进展进行了探讨，发觉摩擦力与表面形貌展现相同周期性，随表面湿度增加先增大后减小，并与表面分子基团类型、相对滑动速度、表面势改变有很大关系。v2、为了更加好了解悬浮纸浆纤维之间相互作用力，Zauscher11利用AFM测得了在聚电解质溶液中纤维间摩擦作用力。第13页LOGO（3 3）纤维薄膜表征）纤维薄膜表征v郑桂芬，陈建勇12等采取溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合丝素膜，并用AFM对其进行表征，发觉纳米TiO2均匀地分散在丝素膜中；纳米粒子与丝素形成了分子间氢键，造成丝素分子重排。v徐文正，魏取福14等对丙纶表面沉积纳米薄膜进行原子力显微镜分析，观察纤维基材及三种纳米薄膜沉积在纤维表面微观结构。第14页LOGO（4 4）纤维复合材料界面特征研究）纤维复合材料界面特征研究v傅宏俊，黄玉东，刘丽15采取原子力显微镜以力调制模式研究了单向碳纤维/聚芳基乙炔(CF/PAA)复合材料横截面表面形貌和硬度，得到了材料中各相形态、分布和相对硬度等信息。经过对硬度图像进行统计学分析，得到材料表面硬度分布直方图。第15页LOGO2 2、AFMAFM在着色剂方面应用在着色剂方面应用v印染用着色剂有染料和颜料，利用AFM能够对其聚集体进行观察研究。v田宝柱，李刚16等采取原子力显微镜观察了两个感绿增感染料在卤化银晶体表面形成聚集体，聚集体均成条纹状结构。vKodak企业Hansen17专门合成了2个含有特殊结构菁染料。它们均易于在卤化银晶体表面形成聚集体。但其中一个分子结构是非刚性，不易得到清楚图像，这是因为原子力显微镜针尖在晶体表面扫描时，染料分子被“拨动”而造成移位，故所得信息不准确；另一个染料分子含有刚性结构，即可得到聚集体清楚图像 第16页LOGO3 3、AFMAFM在助剂方面应用在助剂方面应用v表面活性剂能减小液体表面张力，提升润湿性，在工业中有着主要应用。v陆晓华，陈颖20等研究表面活性剂加入对溶液在粗糙PTFE涂层表面润湿性影响，利用原子力显微镜(AFM)对表面活性剂分子在涂层表面形貌进行表征。结果表明，在低表面张力范围内表面活性剂溶液不能润湿粗糙超疏水PTFE涂层，而含有相同表面张力有机溶剂能够润湿涂层表面。v冀俊杰，陈蕴智21用原子力显微镜观察涂布纸涂层结构中胶粘剂Z向分布情况，实现了涂层结构优化与控制。第17页LOGO（二）（二）AFMAFM在染整加工工艺中应用在染整加工工艺中应用后整理后整理废水处理废水处理前处理前处理第18页LOGO1 1、AFMAFM在染整前处理中应用在染整前处理中应用vAFM在织物前处理中应用主要表达在对纤维表面改性特征表征，对酶活性研究等方面。v虞学锋，王鸿博25为了改进羊毛织物毡缩、润湿等性能，采取低温氧等离子体对羊毛织物进行改性处理。利用原子力显微镜表征了处理前后羊毛纤维鳞片结构改变情况。v在退浆方面，李强，王洪博26用氧等离子体处理PVA浆膜，研究等离子体处理后PVA浆膜失重率、水溶速率等性能改变，并用原子力显微镜(AFM)分析了等离子体处理前后PVA浆膜表面形态和化学结构改变。第19页LOGOv酶在印染行业应用日益广泛，酶活性是一个主要指标。v廖问陶，刘源岗27用AFM观察到了不一样浓度溶菌酶与溶壁微球菌相反应作用过程，AFM是观察酶活生理过程有力工具，同时还为酶活测定开辟了新思绪，是传统酶活测定方法有力补充。第20页LOGO2 2、AFMAFM在染整后处理中应用在染整后处理中应用vAFM在织物后整理中应用主要表达在抗菌、拒水拒油、抗紫外整理中对功效层表征。v徐阳，魏取福28等在纯棉机织物表面沉积TiO2功效纳米结构层，利用原子力显微镜分析其表面形貌和晶态结构，同时对负载纳米TiO2织物抗菌性和耐洗性进行了初步研究。v曲爱兰，文秀芳30等利用氟硅氧烷表面自组装功效制备了含有仿生类“荷叶效应”超疏水涂膜。经过原子力显微镜和水接触角测试对膜结构及性能进行表征，探讨了粒子粒径和形状对材料微观结构、表面粗糙度和疏水性能关系。v安秋风，高胜利33等用AFM对含有抗紫外功效聚醚-紫外侧基聚硅氧烷结构与膜形态进行了表征。第21页LOGO3 3、AFMAFM在印染废水处理中应用在印染废水处理中应用v蔡冬鸣，任南琪34等用硫酸对层状-MnO2进行改性，以亚甲基蓝和刚果红为目标分子，考查了改性对去除染料影响。利用AFM对二氧化锰改性前后表面性质进行了考查。v沈敬一，何其庄36等以高能球磨法制备了纳米尺度单质铁粒子，并用原子力显微镜对其进行了表征；以所制备纳米铁为处理剂，对多数水样COD都有很好降低效果。第22页LOGO展望展望v原子力显微镜技术作为一个表面分析先进伎俩，其对样品表征能力到达了纳米级，甚至埃米级，样品制备技术简单，扫描过程中对样品无损伤。这一优势使之在纺织印染行业应用前景很是乐观。它能够用来对纤维微观结构、表面刻蚀、染料或颜料颗粒聚集体形态、助剂对纤维和染料结合情况等进行最真实直接观察表征；它更能够用在染整加工各工序加工效果表征上，诸如退浆效果、丝光效果、酶活性、抗菌抗紫外及拒水拒油整理功效涂层效果表征，乃至废水处理材料和处理效果观察等方面，都有很辽阔应用前景。v观察被研究物体，测量和了解它各种性质，操纵和修饰该物体，根本上评价和控制它可能性能和过程，将成为AFM技术发展趋势。第23页LOGO第24页