一种基于原子力显微镜表征分子间作用力的方法与流程

本发明涉及如何表征分子间作用力，具体地说，涉及一种基于原子力显微镜表征分子间作用力的方法。

背景技术：

工业生产以及实验室研究中，经常会需要进行复配来提高产品的性能。而在研究过程中常常需要研究添加剂和基础体系间的分子相互作用力，或者几种添加剂之间以及几种复配基础体系分子之间的相互作用力。但是实际过程中往往缺乏足够的方法来表征这些体系中的分子间作用力。

王嬿嬿(afm检测生物分子间作用力及星状光电分子的合成与表征:复旦大学；2007.)利用分子间作用力来研究生物大分子间作用力，其过程是将需要测量的分子分别通过化学方法修饰到原子力显微镜(afm)探针和玻璃基板上，然后通过力曲线来获得两种大分子间的作用力。这种方法需要利用化学修饰的方法较为复杂，特别是实际过程中很多分子很难被修饰到探针及玻璃基板上，因此应用上有很大的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的在于改善现有技术的不足，提供一种基于原子力显微镜表征分子间作用力的方法。该发明首先将样品分子分散到基材表面，然后测量样品分子和混合样品对原子力显微镜探针的粘附力，最后对比混合样品的粘附力与各样品粘附力之和的差值来表征分子间的作用力。该方法简便快捷、高效、适用性广、成本低廉，测量结果明显。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于原子力显微镜表征分子间作用力的方法，包括如下步骤：

a)对基材进行预处理；

b)使用一种或几种溶剂配制所测样品溶液；

c)将基材浸泡在所测样品溶液中，进而将样品分散到基材表面，样品会吸附到基材表面形成薄的分子膜；

d)干燥后，使用原子力显微镜测试样品的粘附力。

步骤a)中所使用的基材包括但不限于不锈钢片、玻璃薄片等，预处理的方式包括打磨、清洗、干燥等。但用于同一次测试的基材种类及预处理方式须完全一致。

步骤b)中的溶剂包括但不限于乙醇、丙酮等溶剂，具体使用须依据所测试的样品。配制的浓度一般较低，一般在10^-6mg/ml。

步骤c)中浸泡的时间一般选择为24h。

步骤d)中干燥的环境须干净不受外界污染。使用原子力显微镜测试样品的模式一般选择轻敲模式。

步骤d)中需测试各样品的粘附力及混合样品的粘附力。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：采用本发明的方法成本低廉，过程简单方便，测试结果直观。

附图说明

图1为实施例1中基础油619样品粘附力分布三维图；

图2为实施例1中添加剂1010粘附力分布三维图

图3为实施例1中混合样品1粘附力分布三维图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。

本发明采用以下实验方法来测试润滑油中基础油和添加剂分子间的作用力。实验制备过程以实施例1为例。

测试样品的制备方法为：用自动研磨抛光机处理不锈钢，然后依次使用乙醇和丙酮超声清洗。

接下来分别配制浓度为10^-6mg/ml的基础油619、添加剂1010以及两者的混合溶液(其中619和1010的质量比为1：1)，并分别超声0.5h。然后将基材分别浸泡在三种溶液中24h。之后在洁净环境中干燥1h，最后使用原子力显微镜在轻触模式下测试各样品及混合样品的粘附力。其实验结果如表1和图1-3所示

【实施例1～3】

按照上述过程进行实验，其实验结果用原子力显微镜测试所得的粘附力数据进行表征，其结果见表1及图1-3所示。

表1

其中619为：季戊四醇四异辛酸酯；

615为：季戊四醇四异硬脂酸酯；

1010为：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；

1076为：β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。

从实验结果可以看到混合样品的粘附力的数值是大于样品单独的粘附力或者两者之和。例如从实施例1中可以看到基础油619和添加剂1010的混合溶液的粘附力数值为584nn，而这大于两者单独的粘附力数值之和434nn。证明基础油619和添加剂1010两者在混合后存在分子间作用力增强了粘附力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于原子力显微镜表征分子间作用力的方法，包括a)对基材进行预处理；b)使用一种或几种溶剂配制一定浓度的所测样品溶液；c)将基材浸泡在所配制溶液中一定时间，进而将样品分散到基材表面，样品会吸附到基材表面形成薄的分子膜；d)干燥一定时间后，使用原子力显微镜测试各样品的粘附力以及混合样品的粘附力，最后对比混合样品的粘附力与各样品粘附力之和的差值来表征分子间的作用力。采用本发明的方法使得表征不同种类分子间作用力变得直观，测试过程方便简单，应用体系广，成本低廉。

技术研发人员：纪红兵;刘义;晏金灿
受保护的技术使用者：中山大学惠州研究院
技术研发日：2017.04.06
技术公布日：2017.08.11