基于开尔文探针力显微镜的纳米复合材料次表面成像分析

针对聚合物纳米复合材料次表面结构高分辨无损检测的需求,应用开尔文探针力显微镜(KPFM)对聚合物中导电填充物进行次表面纳米成像.首先,建立探针-纳米颗粒-基质体系的静电相互作用理论模型,分析聚合物中金属颗粒检测的成像机理;其次,通过有限元软件模拟并结合理论模型,系统研究针尖与样品间距、针尖半径等因素的影响;最后,制作聚合物和碳纳米管复合材料样品并进行基于KPFM的内部碳纳米管成像实验验证.结果表明:当针尖半径大约为1.5倍颗粒直径、间距较小时,成像效果较好;相较而言,探针锥角对成像结果影响不显著;KPFM对相对介电常数在3~10之间、颗粒直径越大、掩埋深度越小的内部纳米颗粒成像效果越好.