2025-01-10 17:05:18微观材料薄层
“微观材料薄层”指的是在材料科学领域中,具有微小厚度(通常在纳米至微米级别)的材料层。这些薄层可以展现出独特的物理、化学和机械性能,与块体材料显著不同。它们在电子器件、光学元件、传感器、涂层技术以及能源存储等领域有广泛应用。通过精确控制薄层的成分、结构和厚度,科学家和工程师能够设计和制造出具有优异性能的新型材料和器件。微观材料薄层的研究对于推动科技进步和材料创新具有重要意义。

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2023-05-30 10:15:02课堂 | 研究天然聚合物精细细节的微观结构
结合扫描电子显微镜的冷冻宽幅离子束铣削(Cryo-BIB-SEM)本报告评估了结合使用冷冻宽幅离子束铣削和扫描电子显微镜(cryo-BIB-SEM)对低温稳定柔性聚合物的微观结构进行成像和分析的潜能。报告介绍了使用cryo-BIB-SEM对易损天然聚合物进行检查的结果,例如番茄果皮和木材,还分析了聚合物表面形态和多种微观结构特性。聚合物的微观结构控制它们的化学反应性以及机械和传输特性。然而,由于亚微米等级的分析方法比较少,通常无法对柔性聚合物的微观结构进行定量表征,或不具备相关的可行性条件。冷冻断裂是少数可用的方法之一,但通过这种工艺制备的样本表面通常过于粗糙,导致制备好的样本上只有极小一部分区域适合定量SEM研究。本报告中的结果显示,使用cryo-BIB-SEM可以对完好的样本横截面上的较大平面区域进行高清晰成像,更好地对柔性聚合物进行微观结构表征。在观察过程中,在通过cryo-BIB-SEM样本制备工艺加工的样本中,仅发现极少量的伪影,而且均非冷冻导致。介 绍聚合物微观机构会影响聚合物的机械和传输特性,进而决定了材料的耐久性以及对风化、冷热和光照的耐受性,因此聚合物微观结构的精确表征非常重要。各类聚合物,无论是柔性、硬质、天然还是合成,都是如此。Cryo-BIB-SEM可对表面完好的大尺寸低温稳定样本的微孔进行高清晰成像和化学分析。在上一篇报告中,使用Cryo-BIB-SEM研究了锂离子电池电极在干燥过程中的微观结构[1]。本报告中使用cryo-BIB-SEM表征了天然聚合物,包括木头和水果蔬菜的表皮。如前文所述,需要以亚微米级清晰度精 准确定柔性聚合物的微观机构。然而,很少有方法能够在如此高分辨率下对这种柔性样本进行表征。另外,由于冷冻断裂工艺制备的柔性聚合物样本的表面过于粗糙,使用SEM或能量色散谱(EDS)进行定量分析时,仅能够准确研究很小一部分的表面区域。而且有机材料往往会发生膨胀收缩,使用SEM进行样本制备和测量时,尤其是对于高水分含量的材料,通常很难在材料的原生状态下进行分析。微型计算机断层成像(μCT)和SEM低温聚焦离子束铣削(cryo-FIB-SEM)等方法的分辨率则通常过低或获得的结果不具代表性。本应用注意事项介绍了使用cryo-BIB-SEM在高分辨率(亚微米级)下对柔性、易损天然聚合物(木材和番茄表皮)的微观结构进行表征的过程。Cryo-BIB-SEM材料和方法Cryo-BIB可制备具有大平面区域的冷冻稳定横截面(可达4 mm²)。样本制备中包含快速冷却(淬火)步骤,可形成整齐的聚合物切口并大大降低造成断裂、变形等损坏的风险。使用液氮-雪泥对样本进行淬火,然后将样本快速转移至一个温度保持LN2水平的低温冷却阶段(图1a)[2]。使用金刚石锯在钛(Ti)掩模上方几十纳米处切割低温冷却样本,钛掩膜在后续的溅射镀膜过程中遮蔽样本。使用cryo-BIB氩(Ar)离子束铣削,制备平整的大横截面。接下来,根据所需的信息类型,可以使用两种制备和成像方案,可以是EDS成分数据或使用SEM获得的精细结构的高清晰图像。在第 一个方案中(图1b),样本经溅射镀膜处理以方便EDS/SEM分析并提供各阶段纹理和成分的信息。在第二个方案中,样本未经过镀膜处理,以便于渗入多孔表面中的水升华。这样一来,之前被水隐藏的样本微观结构便可以完全显现出来。使用徕卡显微系统的EM TIC 3X离子束铣削系统对木材和番茄皮(天然聚合物)样本进行冷冻宽幅离子束(cryo-BIB)铣削。将经BIB铣削的样本放进SEM(Supra 55,蔡司)之前,首先使用徕卡显微系统的EM ACE600镀膜机的溅射、碳蒸发和电子束蒸发配置对样本溅射镀膜一层薄薄的钨(W)。钨层可防止不导电样本被电子束辐射时充电。图1a:cryo BIB-SEM样本制备工作流程使用EM TIC 3X系统执行cryo-BIB,使用EM ACE600系统进行溅射镀膜。图1b:cryo-BIB-SEM研究中使用的2个方案的原理图,用于研究样本的:1)纹理和成本,和2)渗水后的精细亚微米结构。结 果分析柔性天然聚合物的主要目的是验证cryo-BIB-SEM方法在样本制备和分析过程中保存样本的精细和易损结构的能力。一个特别目标是确定使用cryo-BIB-SEM样本制备工艺制备的横截面的质量,即样本横截面是否存在伪影或损伤。番茄皮从一个新鲜番茄(图2a)上切一小块皮,然后按照图1中的工作流程进行制备,并按照方案2进行分析。番茄皮含有大量水分,微观结构非常复杂,因此是评估样本制备过程中因形成冰晶而发生断裂的可能性的理想材料。图2b中显示了一个番茄皮的横截面,在横截面的上部可以看到一小片钛掩膜,掩膜上积聚了一些“溅射灰尘”。番茄细胞的精细结构清晰可见,细胞形状非常类似于之前光学显微镜观察文献中报告的形状[3]。cryo-BIB-SEM方法的清晰度更高,可以分析易损微观结构的精细细节(图2c)。低温冷却和切割过程中未发现造成任何损伤,这说明cryo-BIB-SEM方法可以为柔性易损天然聚合物分析制备无损伤、缺陷的样本。图2a:切割番茄的示例,表皮上标注了横截面(蓝色长方形)。使用cryo-BIB-SEM研究了这种样本。2b:Cryo-BIB-SEM图像显示了大片的番茄表皮横截面样本。图2c:2b中使用cryo-BIB-SEM获得的清晰度更高的番茄表皮横截面图像显示了微观结构的精细细节。Cryo-BIB-SEM成像可揭示松木(樟子松)的细胞和微观形态。宽幅离子束铣削方法制备的细胞壁表面,上面没有切片机切割等制备方法造成的伪影。EDS提供了不同木材相位的成分,例如细胞膜质中的碳(C)和因细胞中含有大量的水而存在的氧气(O)[4]。图3a:Cryo-BIB-SEM方法获得的松木图像(SE2),上面显示了管胞(树的木质部运输组织的伸长细胞)的微观形态和纹孔(细胞间流体交换的细胞壁部分)。3b:使用cryo-BIB方法制备的松木的EDS图像(3a中的相同区域)细胞膜质中的碳(C,红色)信号和木材细胞所含水的氧气(O,蓝色)。概述与结论我们已经介绍了cryo-BIB-SEM是一种可以研究易损柔性天然聚合物的横截面的有效表征方法(番茄表皮和木材)。可对无损伤番茄表皮和木材细胞的微观结构的精细细节进行高清晰成像。另外,cryo-BIB-SEM样本制备过程中,未发现因制备而导致的断裂或样本损伤。参考文献:1.S. Jaiser, J. Kumberg, J. Klaver, J.L. Urai, W. Schabel, J. Schmatz, P. Scharfer, Microstructure formation of lithium-ion battery electrodes during drying - An ex-situ study using cryogenic broad ion beam slope-cutting and scanning electron microscopy (Cryo-BIB-SEM), J. Power Sources (2017) vol. 345, pp. 97-107, DOI: 10.1016/j. jpowsour.2017.01.1172.J. Schmatz, J. Klaver, M. Jiang, J.L. Urai, Nanoscale Morphology of Brine/Oil/Mineral Contacts in Connected Pores of Carbonate Reservoirs: Insights on Wettability From Cryo-BIB-SEM, SPE Journal (2017) vol. 22, iss. 05, DOI: 10.2118/180049-PA.3.R. Metzner, H.U. Schneider, U. Breuer, W.H. Schroeder, Imaging Nutrient Distributions in Plant Tissue Using, Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry and Scanning Electron Microscopy, Plant Physiology (2008) vol. 147, pp. 1774–1787, DOI: 10.1104/ pp.107.109215.4.M. Nopens, J. Schmatz, Saturated pine wood sample, Pinus sylvestris, 2017, MaP Microstructures and Pores.
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2025-01-08 12:30:12氧指数测定仪什么材料
氧指数测定仪什么材料 氧指数测定仪是一种用于测试材料燃烧性能的设备,主要应用于聚合物、塑料及其他易燃材料的防火性能评估。氧指数(LOI)是材料在特定环境下燃烧所需的低氧浓度,它反映了材料的耐火性和自熄性。在选择氧指数测定仪的材料时,除了考虑设备本身的性能和稳定性外,还需要兼顾其耐高温、抗腐蚀等特点。因此,氧指数测定仪的材料选择对仪器的准确性和长期稳定性至关重要。本文将探讨氧指数测定仪所采用的主要材料,分析其技术要求和应用场景。 氧指数测定仪的主要材料 氧指数测定仪通常由多个关键部件构成,每个部件的材质选择直接影响到设备的使用寿命和测试精度。以下是常见的几种材料: 1. 不锈钢 不锈钢是氧指数测定仪中常见的外壳和主要结构材料,特别是304和316型号的不锈钢。其优异的耐腐蚀性、良好的机械性能和抗高温能力使其成为该类设备的理想选择。由于测定过程中涉及高温环境,不锈钢的耐热性和耐氧化性能能够有效保证仪器在长期使用中的稳定性和可靠性。 2. 铝合金 铝合金主要用于氧指数测定仪的部分轻型结构件,因其轻便、强度适中,且能够承受一定的温度变化。铝合金的成本相对较低,且加工性能良好,因此被广泛应用于一些对重量有要求的设备部分。 3. 高温陶瓷 高温陶瓷材料广泛应用于氧指数测定仪中的火焰传感器、加热元件及炉体部分。由于其能够承受极高的温度,并且不易受氧化或腐蚀,因此在高温燃烧环境下尤为重要。常见的高温陶瓷材料如氧化铝、硅酸铝等,不仅能够提供准确的测试数据,还具有较长的使用寿命。 4. 石英玻璃 石英玻璃材料常用于氧指数测定仪中的透明窗口,作为观察测试过程和火焰稳定性的观测通道。石英玻璃耐高温、化学稳定性强、透光性好,能够在高温燃烧过程中保持良好的视野,确保操作者可以实时观察到样品的燃烧状态。 5. 钨合金 钨合金因其优异的高温强度和高熔点,在一些高端氧指数测定仪中用于高温测试区域,尤其是在需要承受极端高温条件下的实验中。钨合金在高温下能保持良好的机械性能,因此被用作一些特殊结构部件,如加热元件的保护材料。 材料选择的影响因素 氧指数测定仪的材料选择不仅仅取决于性能需求,还与生产成本、仪器的使用环境和预期寿命等因素紧密相关。例如,长期高温测试可能需要选择更耐高温的材料,而需要频繁拆卸和维修的部件则应考虑选择耐磨损、易于清洁的材料。材料的热膨胀系数也是选择时的重要参考因素,因为温差可能导致仪器出现误差或损坏。 专业总结 氧指数测定仪作为一款精密的测试设备,对材料的要求极为严格。每种材料的选择都必须满足高温、耐腐蚀、强度以及抗氧化等多重性能要求。常用材料如不锈钢、铝合金、高温陶瓷、石英玻璃和钨合金各具优势,合理搭配这些材料,可以确保氧指数测定仪在不同使用环境下的度和稳定性。了解和掌握这些材料的性能特征是设计和使用氧指数测定仪的关键,能够为材料的燃烧性能测试提供更为可靠的保障。
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2022-04-14 14:32:30微观驱油机理研究重要设备之微观可视化驱油工作站
VMF100 微观可视化驱油工作站是北京东方德菲仪器有限公司与中石油勘探开发研究院提高采收率国家重点实验室共同研发生产的系统集成型可视化驱油系统。 VMF100 微观可视化驱油工作站,通过可视化的微流控技术,记录和分析驱替液在微纳尺度通道芯片中的驱油过程。VMF100 是定量描述不同化学驱油体系微观驱油机理的实验工作站,高效识别剩余油,并表征高含水期微观剩余油的渗流特征,VMF100工作站具有高集成化、高操控精度、芯片多样化、 分析可视化等特点,是微观驱油机理研究必不可少的设备之一。微观可视化驱油工作站由原油注入系统、驱替液压力注入系统、压力监测系统、芯片密封系统、微纳孔道芯片,微观视频系统、操作分析软件组成。该工作站可以记录和控制饱和油及驱替的动态过程,评价剩余油再启动能力,并分析剩余油的渗流特征。微观可视化驱油工作站的功能:1、基础功能---剩余油分析:---视频记录饱和油的动态过程---视频记录驱油的动态过程---实时记录驱油压力的动态变化---分析不同类型剩余油的数量分布---分析不同类型剩余油的面积分布2、拓展功能---孔道参数:---孔道配位数分布---孔道孔喉比分布---孔道等效半径分布---孔道最窄半径分布3、拓展功能---微观接触角:---自动识别微观孔道接触角---孔道微观接触角概率密度曲线
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2025-01-13 18:00:14门尼粘度计检测什么材料
门尼粘度计检测什么材料 门尼粘度计是一种广泛应用于橡胶、塑料及相关领域的重要仪器,它能够测量材料的粘度和流变特性,尤其是在高温条件下的表现。该设备以其高精度、可靠性和快速性,成为了许多工业实验室和生产线不可或缺的工具。本文将围绕门尼粘度计的工作原理及其适用材料展开探讨,帮助读者了解门尼粘度计能够检测哪些材料及其在不同材料测试中的应用价值。 门尼粘度计主要用于检测橡胶、塑料以及其他聚合物材料的粘度变化。其测量原理基于材料在加热过程中受到的剪切力变化,从而推算出材料的流变性能。橡胶行业中,门尼粘度计被广泛用于检测天然橡胶、合成橡胶以及各种改性橡胶的加工性能,以便优化生产工艺和控制终产品的质量。门尼粘度值直接关系到橡胶的加工性、硫化速度和终产品的性能。 在塑料行业,门尼粘度计则用于测定不同类型的树脂、塑料合成物和改性塑料的流变特性。通过测试材料的粘度,可以评估其熔融状态下的加工性能,例如注塑、挤出等过程中的流动性。这对于确保塑料制品的加工稳定性以及优化生产工艺参数至关重要。门尼粘度计还能够测试一些添加剂、涂料、油墨及其他化工产品,广泛应用于化工、涂料等行业的质量控制和产品研发过程中。 值得一提的是,门尼粘度计不仅仅局限于高粘度的材料,还能够对低粘度、易流动的物质进行准确测量。在一些特殊应用中,如高分子聚合物、油脂、润滑油等流体的检测,门尼粘度计也能提供有效的测试数据,帮助研发和生产部门判断材料的适用性。 总结而言,门尼粘度计是测试各类材料流变特性的重要工具,尤其在橡胶、塑料、化工等行业中发挥着重要作用。它不仅能够提高产品的加工质量,还能为研发工作提供可靠的实验数据,是现代工业制造中不可或缺的一部分。
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2025-03-20 13:30:153D打印机怎么装材料
3D打印机怎么装材料 在使用3D打印机时,正确的装载材料是确保打印质量和打印机正常运行的关键。不同类型的3D打印机对材料的要求有所不同,了解如何正确装载材料不仅能延长设备寿命,还能避免出现常见的打印失败问题。本文将为您详细介绍3D打印机如何装材料的步骤,以及在操作中需要注意的技巧。 1. 了解不同的3D打印材料类型 在开始装载材料之前,首先需要了解自己使用的3D打印机支持哪种类型的打印材料。目前市场上常见的3D打印材料有PLA、ABS、TPU、尼龙等,每种材料都有其特定的使用要求。例如,PLA材料比较适合家庭用户使用,因为它不需要过高的温度,而ABS则适合需要较高强度和耐热性的打印件。 2. 检查打印机的进料系统 不同型号的3D打印机,其进料系统有所不同,通常分为两种类型:挤出式和拖拉式。对于挤出式打印机,首先需要确保进料口没有被堵塞。检查材料是否顺畅地进入打印头,并确保进料机构没有故障。对于拖拉式系统,需要注意是否能够抓取材料卷轴并顺利送入打印机。 3. 安装材料 大多数3D打印机在安装材料时,都有明确的步骤指南。一般来说,安装步骤包括以下几个环节: 确保打印机处于关闭状态:在更换或安装材料时,最好先关闭3D打印机,避免在操作过程中发生不必要的安全问题。 选择正确的材料:根据打印需求选择适合的材料,比如 PLA、ABS 或 TPU。 放置材料卷轴:将材料卷轴放在打印机的进料架上。确保材料的卷轴顺利转动,不会卡住或绞缠。 将材料引导至进料口:通过进料管道或直线方式将材料引导到打印头或喷嘴处。大部分打印机都可以手动或自动完成此过程。 调整进料速度:确保进料速度与打印机的打印速度匹配,过快或过慢都可能导致材料供给不稳定。 4. 校准与测试 安装完材料后,务必进行一次校准和测试,以确保打印机能够顺利地开始工作。此时,可以通过控制面板或者软件进行打印测试,查看打印机是否正常进料。如果出现堵塞、退料等问题,可以逐步排查进料管道、喷嘴及驱动系统等部位。 5. 注意事项 避免材料污染:安装前要确保材料表面清洁,避免灰尘、油污等杂质进入打印机。 合理存储材料:大多数打印材料需要在干燥的环境下存储,避免吸湿后影响打印质量。 检查打印机是否适配材料:不同材料的热膨胀系数和打印温度要求各不相同,使用不匹配的材料可能会导致打印失败或损坏设备。 装载材料是3D打印过程中的一个关键环节,正确的操作可以大大提高打印效果,避免浪费时间和资源。只有确保每个环节的精确操作,才能在长期使用中大化3D打印机的性能和打印效果。
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