软材料研究设备“三合一”，打开一扇新世界的大门

材料牛注: 创新型的三合一设备使得流动性的软材料在不同条件下微观结构和组成在的变化为其在改善软材料的性能和软材料在全新领域的应用打开了一条通道。

照片为NIST研究员Anthony Kotula使用新的rheo-Raman显微镜

美国国家标准与技术研究院(NIST)和赛默飞世尔科技公司的科学家们正在用创新型的三合一设备研究软材料的流动性，如观测凝胶和熔融的聚合物的微观结构和组成。通过同步观测工作过程中软材料的结构组成和流动行为，可以探索出它们是如何影响材料的宏观性质，如强度、硬度、导电性，从而使所谓的软材料具有能够满足某些产品或某些应用的特性。

这项称为rheo-Raman显微镜的新型研究设备集成了三种不同的常备分析仪器。

• 拉曼光谱仪是通过测量激光照射在样品上产生的少量特殊散射光来揭示分子的振动能级，并提供相当于分子的指纹显示原子是如何排列的。
• 旋转流变仪可以用来跟踪和测量液体、悬浊液或泥浆流对压力的反应。或者换句话说，可以测定样品在一定程度上的变形程度。
• 光学显微镜从样品上收集偏振光反射增加对比度，测量样品在微观尺度下的结构特点。

新仪器设计为“多重任务并行”，NIST的材料学家Anthony Kotula表示：“它允许在一定温度范围内的可控性实验，而不是两个或三个独立的实验下，跟踪观察微观结构的演变，并提供难以一次测量就获得的观察。”Kotula表示：材料的流动行为尤其需要关注，因为它与软材料的微观结构和最终属性紧密相关。

软材料同时具有液体和固体的特性。它们应用在从塑料到液晶显示器、从隐形眼镜到生物制药等多个方向。对于这些“中间材料”，甚至加工条件轻微的变化都可以改变材料的内部结构并彻底改变材料属性，这就为改善材料的性能甚至为这些材料全新的领域打开了一条通道。

正如科学家在Review of Scientific Instruments中描述的一样，他们曾用rheo-Raman显微镜原型跟踪和测量由椰子、杏仁油及其它10成分组成的化妆品材料在熔融前、中、后期间的变化。他们也展示了神奇的连续“熔化”测量，即熔化塑料瓶、耐腐蚀管道及许多其它物质，在液体分子重新排列并结晶时测量高密度的聚乙烯。

两种展现方式都毫无保留地详细描绘了流动行为和其它发生在熔化和结晶时的现象与分子形状和排列的变化相关联，而这种变化常常是由加工条件的变化引起的。

研究人员在他们的论文中总结：“基于化学、结构和力学性能直接联系的可能性，我们预计rheo-Raman显微镜在很大程度上将引起学术界和工业界的关注。”

Kotula表示：“rheo-Raman显微镜是一个具有许多潜在应用的通用仪器。我们在NIST的第一个应用就是3 D打印。我们将用它更好地了解聚合物如何在逐层打印过程中得到结晶体。”

原文链接：New three-in-one instrument probes gooey materials

本文由材料人编辑部杨超提供素材，牛效莹编译，薛文嘉审核，点我加入材料人编辑部。