聚合物层合板中微米到亚微米层的解析

由赛莫费雪科学材料与结构分析亚博网站下载2018年4月25日

从食品到制药，许多行业都使用聚合物层压板。当不同物理性质、化学性质和厚度的聚合物层粘在一起时，可以获得所需的化学物质，以适应各种包装应用。此外，不断的技术改进和制造的复杂性使生产更复杂和更薄的层压结构成为可能。因此，对失效分析、竞争性逆向工程和产品质量控制的层压板分析需求不断增长。

层压分析的分析设备有差示扫描量热法(DSC)、光学显微镜、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)。特别是，共聚焦拉曼显微镜提供了各种好处。拉曼光谱对物理和化学性质都很敏感，其独特的选择规则产生了适合于材料鉴定的分子指纹。共聚焦拉曼显微镜经常使用短波长可见和近红外(400-785 nm)激光样品激发，提高灵敏度。这是因为拉曼信号强度与4成反比^th激光波长的功率。此外，空间分辨率n与激光波长成反比。分辨率随波长的变化而变化，例如激光波长越短，分辨率越高。

在本文中，结合两个案例对聚合物层合板进行了分析Thermo Scientific DXR2拉曼显微镜演示了。详细讨论了放大物镜、激光波长和针孔尺寸等仪器配置对横向空间分辨率的影响。

亚博网站下载材料和方法

两个聚合物层压样品，A和B，被切成缩微薄膜。然后将这些薄膜放在玻片上，通过添加戊烷使其变平。然后，将载玻片置于显微镜台插入片上进行拉曼测图。所有分析均采用Thermo Scientific DXR2拉曼显微镜。采用532 nm激光，激光功率设置为5 mW。采用25 μm共焦针孔和100×物镜。得到的拉曼谱线图为27.4 μm，步长0.2 μm，包含138个光谱。拉曼光谱图(3 μm [X] x20 μm [Y])步长分别为1 μm (X)和0.2 μm (Y)，共包含584个光谱。采用Thermo Scientific OMNIC for Dispersive Raman软件进行数据采集和处理。

结果与讨论

利用拉曼显微镜可以通过共聚焦深度剖面和横截面分析来识别聚合物层。虽然深度剖面分析非常有用，因为它几乎不需要样品制备，但通过线/区域绘图的横截面分析提供了优越的空间分辨率，有助于识别聚合物层合板中的微米到亚微米层。

(A)缩微胶片A显示拉曼线作图区域的视频图像(红线);(B)缩微胶片A的拉曼谱图;(C)各层的代表性拉曼光谱。聚乙烯，PP =聚丙烯，PVA =聚乙烯醇;(D)利用PVA参考光谱获得的拉曼相关谱。

图片1。(A)缩微胶片A显示拉曼线作图区域的视频图像(红线);(B)缩微胶片A的拉曼谱图;(C)各层的代表性拉曼光谱。聚乙烯，PP =聚丙烯，PVA =聚乙烯醇;(D)利用PVA参考光谱获得的拉曼相关谱。

缩微胶片A的视频图像和拉曼线作图的位置(红线)如图1A所示。如图1B所示。拉曼线图以二维等高线图显示，揭示了各层(y方向)的成分变化。等高线图的彩虹色方案反映了拉曼峰的强度，蓝色表示强度最低，红色表示强度最高。基于拉曼光谱的垂直方向变化，通过库检索识别出7层不同的层:1、3、5和7层代表聚乙烯(PE)， 2和6层代表聚丙烯(PP)， 4层代表聚乙烯醇(PVA)。图1C显示了这些层的代表性拉曼光谱。相邻层之间没有交叉污染，表明有足够的空间分辨率来区分相邻层。基于半最大值全宽度(FWHM)方法(图1D)，估计最薄层(layer 4)的厚度为1.2 μm。

缩微胶片B的三维拉曼区域图像如图2A-2C所示。从地图中仔细选择PP、PE和PVA光谱作为参考，创建具有相关性分析的拉曼区域图像。红色表示与参考材料的相关性高，蓝色表示相关性低。就像缩微胶片A一样，缩微胶片B也清楚地识别出了7层:第1、3、5、7层是PE，第2、6层是PP，中间的第4层是PVA。为了估计第4层的厚度，首先从区域图中提取了线状图，图2C中白色虚线描绘了线状图。然后，利用地图上的PVA光谱作为参考，将提取的线暴露于相关分析中，结果显示在图2D中。在~ 14.5 μm处的尖峰对应于第4层，根据剖面峰的半宽值估计厚度约为0.4 μm。^3.需要指出的是，上述方法在很大程度上取决于光谱质量以及相邻层之间的光谱差异。因此，从相关剖面得到的层厚应被视为一种估计。精确测量层厚需要扫描电子显微镜(SEM)等技术。

B. (A)-(C): PE、PP、PVA的三维拉曼相关图像。(D)利用PVA参考光谱从区域图中提取的一条线(C上的白虚线)获得的拉曼相关剖面。

图片2。B. (A)-(C): PE、PP、PVA的三维拉曼相关图像。(D)利用PVA参考光谱从区域图中提取的一条线(C上的白虚线)获得的拉曼相关剖面。

衍射限制分辨率在光学显微镜的经验评估瑞利准则如下所示，λ表示激光波长，η是浸没/安装介质的折射率，d是瑞利准则，N.A.是显微镜的客观数值孔径。

瑞利判据

如公式所示，轴向和横向瑞利准则都与波长成正比，但与客观数值孔径成反比。轴向瑞利准则也与所研究材料的折射率成正比。

对于光学密度大于空气的样品，轴向分辨率一般比横向分辨率低4-6倍。对于100×物镜(N.A. = 0.90)和532 nm激光器，假设折射率为1.5，理论轴向分辨率和横向空间分辨率分别约为2 μm和0.4 μm。然而，这种分辨率会因许多因素而降低，例如激光/拉曼光子的散射以及与样品中界面的相互作用。针孔尺寸是仪器配置中另一个重要考虑因素。共焦针孔作为一个空间滤光片，使拉曼光谱仪能够观察到比传统结构中没有针孔时更小的空间域，衰减样品的非聚焦区域。²目前的研究涉及100×物镜与0.9 N.A.， 532 nm激光和25 μm共焦针孔的组合，使0.4 μm厚的PVA层的分辨率，接近横向空间分辨率的理论极限。

结论

在这篇文章中，用面积映射和拉曼线分析聚合物层板。在这两种情况下，都检测到了7层。适当配置的拉曼显微镜可以分辨厚度(≈0.4 μm)非常接近空间分辨率的理论极限的聚合物层。

参考资料及进一步阅读

陈志强，陈志强，陈志强，等。亚博网站下载
李志刚，李志刚，李志刚，拉曼光谱和空间信息优化方法研究，光子学报，2015。
陈志强，陈志强，陈志强等。共聚焦拉曼显微技术在多层聚合物薄膜中的应用。光子学报，2008

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引用

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美国心理学协会
赛莫费雪科学材料与结构分析。亚博网站下载(2019年12月05)。聚合物层合板中微米到亚微米层的解析。AZoM。于2021年6月21日从//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=15720检索。
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赛莫费雪科学材料与结构分析。亚博网站下载聚合物层合板中微米到亚微米层的解析。AZoM．2021年6月21日。< //www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=15720 >。
芝加哥
赛莫费雪科学材料与结构分析。亚博网站下载聚合物层合板中微米到亚微米层的解析。AZoM。//www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=15720。(2021年6月21日生效)。
哈佛大学
赛默Fisher科学材料与结构分析。2019。亚博网站下载聚合物层合板中微米到亚微米层的解析．viewed september 21, //www.washintong.com/article.aspx?ArticleID=15720。