基于原子力显微镜的植物微纳米纤维素悬浮液表征方法与流程

本发明属于纳米材料检测技术领域，特别涉及一种基于原子力显微镜的植物微纳米纤维素悬浮液表征方法。

背景技术：

目前，一个新兴的领域是开发重量轻、强度高的纳米复合材料，植物微纳米纤维素在纳米复合材料中的应用具有广泛的科学和商业价值。微纳米纤维素是一种可再生的天然材料，具有较高的机械强度、大比表面积和高长径比、良好的阻隔性和尺寸稳定性、良好的生物降解和生物相容性。目前植物微纳米纤维素已经应用到食品、化妆品、油漆、石油、纸张、医疗产品、卫生产品、汽车、航空航天和建筑等各个领域。

植物微纳米纤维素具有纳米级的宽度和微纳米级的长度，具有较大的长径比，分散水溶液中的微纳米纤维素具有胶体性质，具有较好的稳定性。动态光散射仪(dls)和纳米粒子追踪仪(nta)可以对液体中纳米粒子的粒径进行快速的统计，然而这两种设备统计粒径的原理是将纳米粒子进行球形化，对于长径比较大的微纳米纤维素并不适用。目前用于植物微纳米纤维素形貌和尺寸表征的设备主要有扫描电镜(sem)、透射电镜(tem)、原子力显微镜(afm)等高倍率光学显微镜，这是目前为止最好的方法，也是唯一的方法。然而目前用sem、tem、afm等来表征微纳米纤维素都需要对样品进行干燥处理，制备样品的过程也较为复杂。并且植物微纳米纤维素在干燥过程中会发生不可逆的角质化，这将对其形貌和性质产生严重的影响。

为避免纤维角质化现象的发生和简化繁杂的制样过程，本发明利用原子力显微镜的悬浮液模式可对微纳米纤维素进行快速的表征。如何将其在基底表面比较牢固的固定，同时又能保持其原始的状态，最终实现单根成像是本发明技术的关键。关于这方面的问题目前还鲜有报道。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种基于原子力显微镜的植物微纳米纤维素悬浮液表征方法。利用本发明方法可利用afm对植物微纳米纤维素在悬浮液下进行快速的表征。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种基于原子力显微镜的植物微纳米纤维素悬浮液表征方法，包括以下步骤：

(1)将基底浸泡在ph为4-6的硅烷改性剂溶液中，取出，清洗，干燥；

(2)将植物微纳米纤维素悬浮液滴在基底上吸附，冲洗，再在基底上滴加水，得到待测样品；

(3)将待测样品放置检测台，利用afm悬浮液成像模式下进行检测。

步骤(1)中所述的硅烷改性剂优选为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷等中的至少一种；更优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷。

所述硅烷改性剂溶液的体积浓度为1～3％。所述溶液的溶剂可为无水乙醇或丙酮等有机溶剂。

所述ph可通过酸进行调节，可采用磷酸、醋酸、盐酸、硫酸中的一种。

所述浸泡的时间优选为4～12h。

所述的基底可为云母片或硅片。所述基底优选裁剪尺寸约为5×5mm。

所述基底优选裁剪和剥离表面平整。

所述清洗优选采用有机溶剂清洗，优选清洗5～8次。所述的有机溶剂可为无水乙醇或丙酮等。

所述干燥可置于烘箱中干燥，如在50～105℃下进行干燥。

步骤(2)中所述的植物微纳米纤维素悬浮液的浓度优选为0.1～1wt％。

所述吸附的时间优选为10～30min。

所述植物微纳米纤维素悬浮液可通过本领域常规工艺制备得到，如可通过将纤维素浆料经过机械打浆、化学预处理或酶法预处理、超微粒粉碎机、高压微射流均质机、离心等处理后得到。

步骤(3)所用的afm为常规使用的afm即可，如德国bruker厂家的multimode8。

植物微纳米纤维素样品的制备方法简单，省时省力，操作易控，悬浮液模式的测量避免了样品角质化的影响，成像更真实，重复性、稳定性好。每次样品按此方法都在溶液下获得较高质量的afm图像。同时同一样品区域经过反复20～30次左右的扫描，都不会造成微纳米纤维素的漂移和损伤。

附图说明

图1为实施例1植物微纳米纤维素在afm悬浮液模式下扫面的图片。

图2为实施例3植物微纳米纤维素在afm悬浮液模式下扫面的图片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

下列实施例中涉及的物料均可从商业渠道获得。

实施例1

量取0.11ml的3-氨丙基三乙氧基硅烷，滴入表面皿中，然后加入9.9ml的无水乙醇，搅拌使其混合均匀，用磷酸缓冲液调节ph至5。将新剥离的5×5mm的云母片浸泡在溶液中4h，随后取出用无水乙醇冲洗5次，放入烘箱中干燥。将通过酶法预处理和均质处理的植物微纳米纤维素用超纯水调节浓度为0.4wt％，在改性好的云母片中央滴一滴，10min后用超纯水冲洗掉未吸附的植物微纳米纤维素，然后在云母片中央再滴一滴超纯水。最后将制好的样品放在检测台上，在afm液态模式下进行成像。植物微纳米纤维素在悬浮液下成像如图1所示，长度范围为1～3μm，宽度范围为10～40nm。

实施例2

量取0.3ml的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，滴入表面皿中，然后加入9.7ml的丙酮，搅拌使其混合均匀，用磷酸缓冲液调节ph至5.5。将新剥离的5×5mm的云母片浸泡在溶液中10h，随后取出用丙酮冲洗5次，放入烘箱中干燥。将通过化学法预处理和均质处理的植物微纳米纤维素用超纯水调节浓度为0.8wt％，在改性好的云母片中央滴一滴，20min后用超纯水冲洗掉未吸附的植物微纳米纤维素，然后在云母片中央再滴一滴超纯水。最后将制好的样品放在检测台上，在afm液态模式下进行成像。植物微纳米纤维素在悬浮液下成像，长度范围为0.5～1μm，宽度范围为5～30nm。

实施例3

量取0.2ml的二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷，滴入表面皿中，然后加入9.8ml的丙酮，搅拌使其混合均匀，用磷酸缓冲液调节ph至5.5。将新剥离的5×5mm的云母片浸泡在溶液中6h，随后取出用丙酮冲洗5次，放入烘箱中干燥。将通过化学法预处理和均质处理的植物微纳米纤维素用超纯水调节浓度为0.5％，在改性好的云母片中央滴一滴，30min后用超纯水冲洗掉未吸附的植物微纳米纤维素，然后在云母片中央再滴一滴超纯水。最后将制好的样品放在检测台上，在afm液态模式下进行成像。植物微纳米纤维素在悬浮液下成像如图2所示，长度范围为0.5～1μm，宽度范围为5～30nm。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明属于纳米材料检测技术领域，公开了一种基于原子力显微镜的植物微纳米纤维素悬浮液表征方法。本发明方法包括以下步骤：(1)将基底浸泡在pH为4‑6的硅烷改性剂溶液中，取出，清洗，干燥；(2)将植物微纳米纤维素悬浮液滴在基底上吸附，冲洗，再在基底上滴加水，得到待测样品；(3)将待测样品放置检测台，利用AFM悬浮液成像模式下进行检测。本发明方法简单，省时省力，操作易控，悬浮液模式的测量避免了样品角质化的影响，成像更真实，重复性、稳定性好。每次样品按此方法都在溶液下获得较高质量的AFM图像。同时同一样品区域经过反复20～30次左右的扫描，都不会造成微纳米纤维素的漂移和损伤。

技术研发人员：曾劲松;丁其军;陈克复;高文花;王斌
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2017.12.15
技术公布日：2018.04.24