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如何用耗散型石英晶體微天平測量薄膜降解

瀏覽次數:5370 發布日期:2018-4-12  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

薄膜降解—時而需要時而避免

我們周圍有許多工藝流程中,包括自發進行的和人為設計的,會有薄膜或涂層的降解或者剝落。一個典型的例子是蝕刻或腐蝕,比如說在管道基礎設施中,這是一個不希望的過程,但是在制造電子元件時卻是非常需要的。另一個需要薄膜剝落的領域是用洗滌劑去除油污。在這兩種情況下,了解材料的降解和剝落就十分重要了,這樣便可以對其進行優化和控制。既能防止不必要的降解,又能提高需降解薄膜的脫落速度。為了能夠控制這一過程,降解或者剝落必須被模擬和理解。QCM-D,原理上是一個測量微小質量的天平,可以測量和量化這種膜的降解,無論是在數量上還是在動力學方面。

定性和定量測量薄膜的降解

當薄膜降解時,表面會失去質量。初始表面結合層的厚度也會隨之減少。這是兩個參數正是QCM-D在納米尺度所能夠實時測量的。

 

示例1:評價清潔效率

舉個例子,讓我們看看在清洗表面時薄膜的降解。我們有一個帶有油污的表面想用洗滌劑來清潔。如圖1所示,我們按照下面的步驟進行。

1、我們開始在表面沉積一層薄薄的油污。這一層是我們準備除去的污染物。背景溶液是水。我們可以看到在這個步驟中沒有質量被去除,即油污不溶于水。

2,接下來,我們引入洗滌劑,然后使它在油污上流動。

3、洗滌劑會流過表面并開始與油污發生相互作用。在這里我們可以看到油污層的厚度在增加。這是預料之中的,因為洗滌劑會滲入油污中并使其膨脹。

4、下一步,油污開始破碎并從表面被剝落。我們看到厚度在減少。

5、清洗步驟后,我們加入潤洗步驟,即用水沖洗。再一次,我們看到隨著潤洗將油污從表面帶離,厚度降低。

6、最后,60%的油污從表面上去除。

 

圖1利用QCM-D技術對清洗過程進行監測。

 

評估不同條件下的薄膜降解

監測質量和厚度作為時間的函數,可以很容易的表征和評估材料的降解行為和所剝落的質量。也可以比較不同條件下的降解行為,例如通過改變濃度、溫度和pH值。

 

示例2:比較兩種不同洗滌劑的性能

在第一個實例中,我們評估了脫附行為和洗滌劑的去污效率,在這里,我們對其進行衍伸。現在,我們使用相同的實驗步驟,比較清潔劑A和B的清洗性能。油污厚度隨時間變化的結果如圖2所示,說明洗滌劑B的作用速度比洗滌劑A快,但總的清洗效率較低。我們還注意到,洗滌劑A比洗滌劑B對初始油污膜造成了更明顯的膨脹(增加厚度)。

圖2 油污厚度隨時間變化的函數,用于評價兩種不同洗滌劑的清潔效果,水被用作對照組。

 

薄膜降解的其他應用

除了這兩個例子外,其他種類的降解可以通過測量質量損失來表征,例如酶促反應、溶解、光致降解和溫度誘導降解。

發布者:瑞典百歐林科技有限公司
聯系電話:021-68370071/021-68370072
E-mail:vanilla.chen@biolinscientific.com

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