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原子力显微镜(AFM)是一种具有纳米级甚至原子级分辨率的表面分析的强大工具,它能够表征材料的拓扑结构和局部物理特性,还能够在纳米尺度上操纵样品。基于AFM的峰值力定量纳米力学技术(PF-QNM)因其具有无损表征、高分辨率成像和定量样品表面力学性能等优点而受到越来越多的关注。本文详细介绍了基于AFM的PF-QNM技术对热塑性弹性体(TPE)和超分子组装体的微观结构和纳米力学性能的表征和分析,帮助建立材料结构与力学性能的关系。进一步发展和完善PF-QNM技术在材料表征中的方法学。本文主要内容如下所示:1.运用PF-QNM技术首次研究了NBR/PVC复合材料中的微观结构和纳米力学性能。首先,将含有28%丙烯腈的NBR与增塑PVC通过机械混合制备NBR/PVC复合材料,然后通过PF-QNM技术检测所得NBR/PVC复合材料的微观结构、均质性和纳米力学性能。在测试和区分各相的结构和纳米力学性能时,通过选择合适的AFM探针和优化测试参数,以确保样品成像的准确性。本文表明,PF-QNM技术可以直接可视化地检测到NBR/PVC复合材料中NBR相、混合相和PVC微晶相的三相共存结构,并直接观察到共混体系中的微观相结构以及每一相的杨氏模量,这有助于进一步理解TPE的微观结构与力学性能的关系。2.使用PF-QNM技术研究了四氯化苝酰亚胺(4ClPBI)分子一端N位上烷基链长度不同的C6-4ClPBI和C12-4ClPBI两个分子,在溶剂极性诱导下的自组装过程中结构和力学性能的变化规律。在4ClPBI分子的一端N位上引入寡聚乙二醇,以提高其溶解性和自组装性能;另一端N位上连接不同长度的烷基链。使用甲醇/四氢呋喃(MeOH/THF)作为混合溶剂,通过PF-QNM技术研究了不同溶剂极性下C6-4ClPBI和C12-4ClPBI组装体的结构与力学性能。实验表明,烷基链的长度对于分子的组装过程和组装体的微观结构产生了很大的影响。在高溶剂极性(C_M=80 v%)下,C6-4ClPBI组装体为微米级的块状长方体结构,其杨氏模量高达3.1 GPa;而C12-4ClPBI形成纳米棒状结构的组装体,其杨氏模量约为2.5GPa。烷基链较长时,非平面4ClPBI组装体的微观结构的规整性较差,尺寸相对较小,杨氏模量较低。初步建立了超分子组装体的结构和力学性能之间的关系。