1.溶解法（內(nèi)聚能密度法）
低分子分子間的作用力可以直接通過(guò)低分子間的內(nèi)聚能密度表征。內(nèi)聚能指的是將以Van DerWaals力或氫鍵力相互結(jié)合的分子分離所需要的能量。
內(nèi)聚能密度的測(cè)定方法為實(shí)際測(cè)量把1 Mol的液體汽化所需要的能量。對(duì)于高分子而言，由于其鏈型分子結(jié)構(gòu)上基團(tuán)之間相互作用所形成的Van Der Waals力的合力要大于分子中原子間的化學(xué)鍵力，分子在完全分離前即會(huì)出現(xiàn)化學(xué)鍵的斷裂，即分子的裂解，因此高分子材料不可能出現(xiàn)氣相形態(tài)。可見(jiàn)，不可能用直接測(cè)定高分子內(nèi)聚能密度的方式表征高分子間的分子間作用力。
在實(shí)踐上，通常采用高分子聚合物的良溶劑溶解、分離高分子，然后以良溶劑的內(nèi)聚能密度估計(jì)高分子聚合物的內(nèi)聚能密度。
2.原子力顯微鏡法
在原子力顯微鏡的探針和樣品的表面涂復(fù)需要測(cè)定的同一高分子聚合物。當(dāng)探針與樣品表面接觸時(shí)，涂復(fù)在探針和樣品表面的高分子間的作用力對(duì)探針臂施加了一定的負(fù)荷。這一附和被原子力顯微鏡的上的負(fù)荷傳感元件感知，從而直接測(cè)量得到高分子之間的分子間作用力。
2.1原子力顯微鏡
與光學(xué)和電子顯微鏡用光、電波以透射或反射方式獲得樣品微觀形貌的二維信息不同，原子力顯微鏡使用一個(gè)微小的探針“摸索”對(duì)象的微觀面貌。原子力顯微鏡具有下述特點(diǎn)：
l 不受光、電子波長(zhǎng)對(duì)顯微鏡分辯率的限制；
l 可實(shí)現(xiàn)三維形貌的觀測(cè)；
l 可以得到樣品與探針相互作用的信息；
l 高分辨率：典型AFM的側(cè)向分辨率（X，Y方向）可以達(dá)到2nm，垂直分辨率（Z向）小于0.1nm。
l 樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單；
l 操作環(huán)境不受限制。
2.2原子力顯微鏡工作原理
原子力顯微鏡工作時(shí)，探針以接觸、非接觸、敲擊方式中的一種方式探索樣品的表面。當(dāng)探針的針尖接近樣品時(shí)，針尖由于受到力的作用使懸臂偏轉(zhuǎn)或使懸臂的振幅改變。懸臂的變化由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到后傳遞給反饋系統(tǒng)和成象系統(tǒng)。連續(xù)記錄探針掃描過(guò)程中的變化即可以得到樣品的信息和表面圖像。
原子力顯微鏡（AFM）主要由以下部分構(gòu)成：
l 探針：原子力顯微鏡的關(guān)鍵部分，由懸臂和懸臂末端的針尖組成。懸臂一般長(zhǎng)為100~200μm、寬10~40μm、 厚0.3~2μm；彈性系數(shù)變化在幾十Nm-1到百分之幾Nm-1；共振頻率大于10kHz。懸臂的背面鍍有一層金屬以達(dá)到鏡面反射的目的。
l 光檢測(cè)器：激光由光源出發(fā)照射在由金屬包覆的懸臂上，反射后進(jìn)入光電二極管檢測(cè)器。然后通過(guò)電子線路把照在兩個(gè)二極管上的光量差變成電壓信號(hào)以指示光點(diǎn)的位置。
l 掃描系統(tǒng)：利用壓電陶瓷將1Mv~1000V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成十幾分之一到幾微米的位移。通過(guò)控制電極的變化實(shí)現(xiàn)掃描器在X-Y-Z三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。
l 反饋控制系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)處理通過(guò)電子線路輸入的掃描信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到的控制信號(hào)偏離設(shè)定的控制信號(hào)時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出修正信號(hào)修正掃描器和針尖的運(yùn)動(dòng)。
l 記錄、成像系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)處理由針尖檢測(cè)到的樣品信息，繪制圖像。
2.3影響原子力顯微鏡分辨率的因素
1. 步寬：計(jì)算機(jī)記錄掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)的步寬（步長(zhǎng)）。
2. 針尖：影響原子力顯微鏡成像的主要因素在于針尖的曲率半徑和針尖側(cè)面角。原子力顯微鏡的垂直分辨率與針尖無(wú)關(guān)。
3. 噪音：噪音的來(lái)源很多，其中包括電源、聲源和機(jī)械振動(dòng)等。高質(zhì)量的AFM提供小于0.1nm的噪音影響。
4. 像素：垂直方向所取數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目限制最小可分辨尺寸。像素的大小取決于原子力顯微鏡的設(shè)計(jì)。
2.4 原子力顯微鏡的測(cè)定假象
原子力顯微鏡的測(cè)定可以在真空、氣相、液相和電化學(xué)環(huán)境下工作，但在某些條件下原子力顯微鏡的測(cè)定結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)假像。假象一般是由于以下幾種情況：
l 針尖成像：樣品特征比針尖更為尖銳時(shí)，假象出現(xiàn)。
l 鈍或污染的針尖：當(dāng)針尖磨損后不夠尖銳，或針尖受到污染時(shí)所獲圖象可能是針尖的磨損的形狀或污染物的形狀。這種假象的特征是整幅圖像具有相同的特征。
l 雙針尖或多針尖：當(dāng)一個(gè)針尖末端帶有兩個(gè)或多個(gè)尖點(diǎn)時(shí)，尖點(diǎn)依次掃描樣品而得到重復(fù)圖像。
l 樣品上的污染物：樣品上的污染物可以被針尖帶走，并隨針尖運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致圖象大面積不清。
分子間作用力的測(cè)量只是原子力顯微鏡在高分子領(lǐng)域的一種特殊應(yīng)用。從1988年開(kāi)始，原子力顯微鏡已經(jīng)成為高分子科學(xué)研究中的一個(gè)重要技術(shù)手段。AFM在以下方面得到了廣泛地應(yīng)用：
l 高分子表面形貌；
l 微觀尺寸下材料性質(zhì)的研究；
l 多組份樣品的相分布研究；
l 亞表面結(jié)構(gòu)的研究。 |
