原子力显微镜技术在纺织化学与染整中的应用

原子力显微镜技术在纺织化学与染整中的应用

0720302008原子力显微镜技术原理原子力显微镜技术在染整中的应用展望及参考文献

一

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三Contents一、原子力显微镜技术原理工作原理系统构造工作模式AtomicForceMicroscope

2、AFM的工作原理原子力显微镜是以针尖与样品之间的原子之间的范德华力作用来呈现样品表面特性的。1、当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面原子间的排斥力、吸引力会使微悬臂轻微变形；2、一束激光照射在微悬臂的末端，经微悬臂的背面反射到光电检测器，激光的反射光的位置会因悬臂摆动改变，造成偏移量；具体如何呈现的呢2、AFM的工作原理3、激光光斑位置探测器（PSPD）对落在四个象限的光强进行计算，将偏移量记录下，并转换成电信号；4、反馈回路根据检测器的信号与预置值的差值，不断调整针尖与样品之间的距离，并且保持针尖与样品之间的作用力不变，就可以得到表面形貌像。这种测量模式称为恒力模式。当已知样品表面非常平滑时，可以采用恒高模式进行扫描，即针尖与样品之间距离保持恒定，这时针尖与样品之间的作用力大小直接反映了表面的形貌图像。

3、AFM的工作模式工作模式是按照针尖与样品之间的作用力形式来分类的，针尖与样品之间的各种相互作用力可以概括为短程排斥力和长程吸引力。作用力与针尖与样品间距的关系如图：

二、AFM在纺织化学与染整中的应用

AFM在纺织化学与染整中的应用AFM在染整加工对象中的应用AFM在染整加工工艺中的应用（一）AFM在染整加工对象中的应用着色剂助剂纤维材料1、AFM在纤维材料方面的应用

纤维纤维表面微摩擦性能的研究纤维复合材料界面特性的研究纤维微结构的表征纤维薄膜的表征（2）纤维表面微摩擦性能的研究利用AFM针尖对样品表面进行扫描,来模拟在微摩擦中存在的点面接触的情况。1、李学峰，李伟敏[10]等运用原子力显微镜对材料表面微摩擦性能研究进展进行了探讨，发现摩擦力与表面形貌呈现相同的周期性，随表面湿度增加先增大后减小，并与表面分子基团类型、相对滑动速度、表面势的改变有很大关系。2、为了更好的了解悬浮纸浆纤维之间的相互作用力，Zauscher[11]利用AFM测得了在聚电解质溶液中纤维间的摩擦作用力。

（3）纤维薄膜的表征郑桂芬，陈建勇[12]等采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合丝素膜，并用AFM对其进行表征，发现纳米TiO2均匀地分散在丝素膜中；纳米粒子与丝素形成了分子间氢键，导致丝素分子的重排。徐文正，魏取福[14]等对丙纶表面沉积的纳米薄膜进行原子力显微镜分析，观察纤维基材及三种纳米薄膜沉积在纤维表面的微观结构。（4）纤维复合材料界面特性的研究傅宏俊，黄玉东，刘丽[15]采用原子力显微镜以力调制模式研究了单向碳纤维/聚芳基乙炔(CF/PAA)复合材料横截面的表面形貌和硬度，得到了材料中各相的形态、分布和相对硬度等信息。通过对硬度图像进行统计学分析，得到材料表面硬度分布直方图。3、AFM在助剂方面的应用表面活性剂能减小液体的表面张力，提高润湿性，在工业中有着重要的应用。陆晓华，陈颖[20]等研究表面活性剂的加入对溶液在粗糙PTFE涂层表面润湿性的影响，利用原子力显微镜(AFM)对表面活性剂分子在涂层表面的形貌进行表征。结果表明，在低表面张力范围内表面活性剂溶液不能润湿粗糙的超疏水PTFE涂层，而具有相似表面张力的有机溶剂可以润湿涂层表面。冀俊杰，陈蕴智[21]用原子力显微镜观测涂布纸涂层结构中胶粘剂Z向分布情况，实现了涂层结构的优化与控制。（二）AFM在染整加工工艺中的应用后整理废水处理前处理1、AFM在染整前处理中的应用AFM在织物前处理中的应用主要体现在对纤维的表面改性特征的表征，对酶的活性研究等方面。虞学锋，王鸿博[25]为了改善羊毛织物的毡缩、润湿等性能，采用低温氧等离子体对羊毛织物进行改性处理。利用原子力显微镜表征了处理前后羊毛纤维鳞片结构的变化情况。

在退浆方面，李强，王洪博[26]用氧等离子体处理PVA浆膜，研究等离子体处理后PVA浆膜的失重率、水溶速率等性能的变化，并用原子力显微镜(AFM)分析了等离子体处理前后PVA浆膜表面形态和化学结构的变化。2、AFM在染整后处理中的应用AFM在织物后整理中的应用主要体现在抗菌、拒水拒油、抗紫外整理中对功能层的表征。徐阳，魏取福[28]等在纯棉机织物表面沉积TiO2功能纳米结构层，利用原子力显微镜分析其表面形貌和晶态结构，同时对负载纳米TiO2的织物的抗菌性和耐洗性进行了初步研究。曲爱兰，文秀芳[30]等利用氟硅氧烷的表面自组装功能制备了具有仿生类“荷叶效应”的超疏水涂膜。通过原子力显微镜和水接触角的测试对膜结构及性能进行表征，探讨了粒子的粒径和形状对材料微观结构、表面粗糙度和疏水性能的关系。安秋风，高胜利[33]等用AFM对具有抗紫外功能的聚醚-紫外侧基聚硅氧烷的结构与膜的形态进行了表征。3、AFM在印染废水处理中的应用蔡冬鸣，任南琪[34]等用硫酸对层状δ-MnO2进行改性，以亚甲基蓝和刚果红为目标分子，考察了改性对去除染料的影响。利用AFM对二氧化锰改性前后的表面性质进行了考察。沈敬一，何其庄[36]等以高能球磨法制备了纳米尺度的单质铁粒子，并用原子力显微镜对其进行了表征；以所制备的纳米铁为处理剂，对多数水样的COD均有较好的降低效果。展望原子力显微镜技术作为一种表面分析先进的手段，其对样品的表征能力达到了纳米级，甚至埃米级，样品制备技术简单，扫描过程中对样品无损伤。这一优势使之在纺织印染行业的应用前景很是乐观。它可以用来对纤维微观结构、表面刻蚀、染料或颜料颗粒聚集体形态、助剂对纤维和染料的结合情况等进行最真实直接的观察表征；它更可以用在染整加工各工序加工效果的表征