利用原子力显微镜研究弹性体复合材料中填料颗粒附近结合剂状态的特征

原子力显微镜（AFM）是研究材料微纳尺度结构及其局部物理机械性能最有前景的方法之一。借助 AFM 获得的实验数据在评估准确性与可靠性方面存在严重问题。这在研究具有强机械结构异质性的材料时尤为明显。此类材料包括本文所考虑的、填充刚性分散颗粒的弹性体。本文提出了一种对此类实验数据进行数学处理的方法，可显著提高其解释的准确性。它基于三个用于过滤和处理初始实验信息的准则。1) “纳米尺度形貌”准则，可从所获整体图像中提取低曲率对象的形貌。正是基于此，突出于表面的填料颗粒清晰可见（通常覆盖一层弹性体结合剂的薄膜，文献中称为结合橡胶）。2) “粘附偏转”准则，通过改变 AFM 探针与样品表面间的粘附力来分离填料颗粒。3) “压入柔量”准则，用于确定填料颗粒的位置与刚度。所有准则均用于解码分散填充弹性体复合材料表面的 AFM 扫描数据。从所得结果的分析中确定了各准则应用的最优条件。此外，基于 AFM 探针扫描同一表面区域时正向与反向水平运动所获数据的比较，估算了实验结果的准确性。