利用原子探针断层扫描对聚合物纳米复合材料进行三维原子成像：实验方法、初步结果与未来展望
材料科学
2026-01-21 v1 仪器与探测器
摘要
聚合物纳米复合材料作为气体阻隔材料的应用日益受到关注，包括涉及氢传输和储存的应用。更好地理解气体通过这些聚合物系统的传输，需要三维纳米尺度检测气体分子在纳米颗粒和聚合物/纳米颗粒界面内的分布和可能的捕获。虽然原子探针断层扫描（APT）为此类纳米尺度表征提供了有前景的手段，但其在聚合物中的应用主要局限于沉积在基底或预制金属针状样品上的薄有机层。本研究首次将APT应用于块体聚合物纳米复合材料。特别是，首次在六方氮化硼纳米颗粒分散于PVDF聚合物基体的模型系统中，展示了通过聚焦离子束（FIB）提取法制备位点特异性原子探针样品，使用了包括Xe FIB、Ga FIB、低温Ga FIB和氘充电在内的多种FIB工作流程。使用标准条件的脉冲激光原子探针收集了来自块体聚合物和纳米颗粒的质谱并进行了比较。本文详细讨论了研究过程中遇到的若干挑战，包括样品制备过程中聚合物基体的损伤。一旦这些挑战得到解决（例如，通过开发位点特异性样品制备方案），APT在聚合物纳米复合材料中的应用将为这些系统的纳米尺度表征开辟新的选择。
引用
@article{arxiv.2601.12649,
title = {3D atomistic imaging of polymer nanocomposites with Atom Probe Tomography: experimental methodology, preliminary results and future outlook},
author = {James O. Douglas and Reza Salehiyan and Aparna Saksena and Tim M. Schwarz and Baptiste Gault and Stella Pedrazzini and Emilio Martinez-Paneda and Łukasz Figiel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.12649},
year = {2026}
}