軟材料研究設備“三合一”，打開一扇新世界的大門

材料牛注:?創新型的三合一設備使得流動性的軟材料在不同條件下微觀結構和組成在的變化為其在改善軟材料的性能和軟材料在全新領域的應用打開了一條通道。

照片為NIST研究員Anthony Kotula使用新的rheo-Raman顯微鏡

美國國家標準與技術研究院(NIST)和賽默飛世爾科技公司的科學家們正在用創新型的三合一設備研究軟材料的流動性，如觀測凝膠和熔融的聚合物的微觀結構和組成。通過同步觀測工作過程中軟材料的結構組成和流動行為，可以探索出它們是如何影響材料的宏觀性質，如強度、硬度、導電性，從而使所謂的軟材料具有能夠滿足某些產品或某些應用的特性。

這項稱為rheo-Raman顯微鏡的新型研究設備集成了三種不同的常備分析儀器。

• 拉曼光譜儀是通過測量激光照射在樣品上產生的少量特殊散射光來揭示分子的振動能級，并提供相當于分子的指紋顯示原子是如何排列的。
• 旋轉流變儀可以用來跟蹤和測量液體、懸濁液或泥漿流對壓力的反應。或者換句話說，可以測定樣品在一定程度上的變形程度。
• 光學顯微鏡從樣品上收集偏振光反射增加對比度，測量樣品在微觀尺度下的結構特點。

新儀器設計為“多重任務并行”，NIST的材料學家Anthony Kotula表示：“它允許在一定溫度范圍內的可控性實驗，而不是兩個或三個獨立的實驗下，跟蹤觀察微觀結構的演變，并提供難以一次測量就獲得的觀察。”Kotula表示：材料的流動行為尤其需要關注，因為它與軟材料的微觀結構和最終屬性緊密相關。

軟材料同時具有液體和固體的特性。它們應用在從塑料到液晶顯示器、從隱形眼鏡到生物制藥等多個方向。對于這些“中間材料”，甚至加工條件輕微的變化都可以改變材料的內部結構并徹底改變材料屬性，這就為改善材料的性能甚至為這些材料全新的領域打開了一條通道。

正如科學家在Review of Scientific Instruments中描述的一樣，他們曾用rheo-Raman顯微鏡原型跟蹤和測量由椰子、杏仁油及其它10成分組成的化妝品材料在熔融前、中、后期間的變化。他們也展示了神奇的連續“熔化”測量，即熔化塑料瓶、耐腐蝕管道及許多其它物質，在液體分子重新排列并結晶時測量高密度的聚乙烯。

兩種展現方式都毫無保留地詳細描繪了流動行為和其它發生在熔化和結晶時的現象與分子形狀和排列的變化相關聯，而這種變化常常是由加工條件的變化引起的。

研究人員在他們的論文中總結：“基于化學、結構和力學性能直接聯系的可能性，我們預計rheo-Raman顯微鏡在很大程度上將引起學術界和工業界的關注。”

Kotula表示：“rheo-Raman顯微鏡是一個具有許多潛在應用的通用儀器。我們在NIST的第一個應用就是3 D打印。我們將用它更好地了解聚合物如何在逐層打印過程中得到結晶體。”

原文鏈接：New three-in-one instrument probes gooey materials

本文由材料人編輯部楊超提供素材，牛效瑩編譯，薛文嘉審核，點我加入材料人編輯部。