Измерения поверхностных и гидродинамических сил между модельными частицами с помощью атомно-силового микроскопа

• Автор: Якубов, Глеб Эдуардович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 177 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

1. Новые приложения атомносиловой микроскопии. Обзор литературы.

1.1. Сканирующий режим атомносилового микроскопа.

1.1.1. Контактный м егод

1.1.2. Метод прерывистого контакта

1.1.3. Метод модуляции силы.

1.1.4. Исследование смачиваемости с помощью сканирующего режима

атомносилового микроскопа.

1.2. Силовой режим атомносилового микроскопа

1.3. Место методов силовой микроскопии в исследовании

поверхностных сил. линейного натяжения, гидродинамики гонких пленок и лсгкодсформирусмых объектов
1.3.1. Методы исследования поверхностных сил. рямые измерения
поверхностных сил
1.3.2. Методы исследования линейного натяжения.
1.3.3. Методы исследования гидродинамики тонких пленок.
1.3.4. Методы исследования механических свойств мембранных
структур.
1.4. Вывод по главе 1
2. Экспериментальные методы.
2.1. Аппарат для измерений взаимодействий между микрочастицами
АИВМ.
2.1.1. Схема установки.
2.1.2. Кантилевер
2.1.3. Методы прикрепления микросфер к кантилеверу.
2.2. Методы измерения равновесных сил
2.2.1. Методика проведения эксперимента
2.2.2. Силовая кривая
2.2.3. Калибровка постоянной пружины.
2.3. Методы подготовки поверхностей.
2.4. Другие методы
2.5. Выводы по главе 2
3. Новые приложения атомносиловой микроскопии.
3.1. Взаимодействие латсксов с пузырями и каплями. Краевые углы
одиночных микросфер
3.1.1. Особенности взаимодействия микросфер с поверхностью раздела
жидкостьгаз.
3.1.2. Метод измерения краевого угла.
3.1.3. Краевые углы одиночных микросфср
3.1.3.1. Краевые углы на границе водавоздух. Определение линейного натяжения
3.1.3.2. Краевые углы на границе водагексадекан.
3.2. Гидродинамическое взаимодействие между поверхностями
3.2.1. Метод измерения динамических сил. Силовая кривая в
зависимости от скорости сближения
3.2.2. Определение влияния кантилевера
3.2.3. Теоретическое исследование кривой. Баланс сил для кантилевера
со сферой.
3.2.4. Сравнение АИВМ и АИС Израэлашвили с позиций исследования
динамических взаимодействий
3.3. Выводы по главе 3.
4. Исследования сложных систем.
4.1. Взаимодействия между полистирольными латсксами и плоской
полистирольной поверхностью в водных растворах электролита
4.1.1. Методика проведения эксперимента. Метод первого прохода
4.1.2. Взаимодействие латексных сфер с плоской поверхностью
4.1.3. Сопоставление экспериментальных данных с теорией ДЛФО
4.1.3.1. Взаимодействие при первом сближении.
4.1.3.2. Взаимодействие первого типа
4.1.3.3. Взаимодействие второго типа
4.2. Взаимодействие между микрокалсулами и клетками
4.2.1. Экспериментальные методы исследования легкодеформируемых полых микрокапсул.
4.2.2. Подготовка поверхностей, микрокапсул и клеток
4.2.3. Взаимодействие микросфер с нанесенным полислоем полиэлектролитов с поверхность слюды.
4.2.4. Взаимодействие полых микрокапсул с поверхностью слюды.
Сравнение с клетками.
4.3. Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
Список используемых источников


Зависимость сдвига фаз А рХ,У дает информацию о локальных вязкоупругих свойствах и часто позволяет разрешать более мелкие детали поверхности, чем ХТХ,Х. Однако в настоящее время не существует количественной теории АСМ прерывистого контакта, что не позволяет связать измеряемые величины амплитуду, сдвиг фаз с физикохимическими свойствами поверхностей, поэтому данный метод не мог быть применен для исследования поверхностных сил или сил гидродинамического сопротивления исследуемых в диссертации. Однако этот режим нашел широкое применение при развитии новых приложений. Режим прерывистого контакта является на сегодняшний день основным АСМметодом исследования явлений смачиваемости, в т. И, , , , . Он также нашел широкое применение в изучении различных явлений применительно к биологическими объектами и голимерным системам. Метод модуляции силы. Метод модуляции силы схож с методом прерывистого контакта. Различие заключается только в том, что дополнительный пьезоэлемент колеблется не на резонансной частоте кантилевера, а на частоте самого пьезоэлемента. Это обстоятельство обусловливает большую стабильность колебательной системы, в частности, силовое взаимодействие подложки с зондом не влияет на резонансную частоту системы, поэтому изменение амплитуды соответствует изменению упругих свойств поверхностей. Для этого метода также не существует удовлетворительной теории, позволяющей проводить количественный анализ упругих свойств поверхностей. Исследование смачиваемости с помощью сканирующего режима атомносилового микроскопа. Как уже отмечалось, метод прерывистого контакта применяется для исследования смачиваемости, измерения краевых углов и определения линейного натяжения , , , , . В этом случае путем сканирования определяется форма капли, в частности, ее профиль. Полученный профиль можно сразу же проанализировать и получить значение краевого угла. Измерение профиля микрокапель с разными размерами позволяет построить зависимость краевого утла от размера капли, что даст возможность определить линейное натяжение. Метод, по сути, представляет собой своеобразный наногониомстрический метод. Микрокапли наносятся на иоверхноегь подложки в процессе осаждения аэрозоля. Для углов больше градусов сканирование вообще не дает возможности определить корректно краевой угол, так как точка контакта капли с твердой подложкой оказывается скрытой. Последнее условие не позволяет исследовать гидрофобные поверхности, что предопределило выбор силового метода измерение краевых углов на единичных микросферах в силовом режиме для решения поставленной в диссертационной работе задачи создания новых методов определения линейного натяжения и исследования краевых углов микросфер для характеризации поверхностей при силовых измерений подробно см. Силовой режим атомиосилового микроскопа. В силовом режиме АСМ измеряется сила взаимодействия между поверхностями подложки и зонда в зависимости от координаты Ъ, т. Измерения сил. При силовых измерениях сфера микронного размера прикрепляется к кантилеверу вместо пирамидального зонда. Подложка фиксируется на пьезотрансляторе, который двигает се по направлению к сфере или, наоборот, от нее. Под действием какихлибо сил, приложенных к сфере, кантилевер отклоняется, что и фиксируется системой оптического рычага. В результате измерений получается зависимость отклонения кантилевера от позиции подложки. Использование сферы в качестве зонда резко упрощает количественную интерпретацию данных. Вопервых, относительная ошибка при измерении радиуса кривизны зонда достаточно велика, а, вовторых, в случае сферы обосновано использование аппроксимации Дерягина , которая справедлива, если расстояние между поверхностями много меньше, чем их радиус. В случае пирамидального зонда радиус обычно нм, но может составлять нм, что совпадает с типичными расстояниями между поверхностями при измерении поверхностных сил. Место методов силовой микроскопии в исследовании поверхностных сил, линейного натяжения, гидродинамики тонких пленок и легкодеформируемых объектов. Задачей данного радела является краткий обзор альтернативных методов исследования явлений, затрагиваемых в диссертации.