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

摘要：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，建立探针一纳米颗粒一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．