近日📉，沐鸣教師在國際物理學領域知名期刊AIP Advances上在線發表了題為“Experimental identification of topography-based artifact phenomenon for micro-/nanoscale thermal characterization of polymeric materials in scanning thermal microscopy”的研究論文，該論文是以沐鸣為第一單位，沐鸣青年教師董嵐和李一凡分別為第一作者和通訊作者。
圖文摘要
掃描熱顯微鏡(SThM)能夠同時采集樣品微觀形貌和定性熱性質的反饋信號。雖然形貌和熱反饋信號從兩個獨立的回路中獲得💬👰🏼♀️，理論上它們之間互不影響，但在測試過程中熱反饋信號經常會受到形貌反饋的影響💋，產生與形貌相關的熱信號，被定義為“偽影”現象。在這種情況下，儀器的熱反饋將不再準確，並且其內在產生原因和影響因素仍然不清楚。在這項研究中👖👨🏽🍳，我們製備了不同的聚合物基材料來構建具有不同接觸形式的探針/樣品接觸界面，並對“偽影”現象進行了基於相應微觀形貌和表面傳熱的識別🙅🏿♂️。針對不同的接觸情況☔️，分別提出了相應的“偽影”現象的形成機製。 這項工作不僅澄清了產生“偽影”現象的原因和影響因素，並提出了製備無“偽影”現象的樣品製備要求以通過SThM進行精確的微納尺度熱表征🟰。
圖1.SThM的工作示意圖及探針/樣品接觸面的熱量傳遞示意圖
圖2.具有不同表面粗糙度的聚合物薄膜材料的微觀形貌及熱性能反饋譜圖
圖3.具有粒子尺寸大小的聚合物基復合材料的微觀形貌及熱性能反饋譜圖
圖4 聚合物薄膜材料中“偽影”現象的產生與表面粗糙度的關系
圖5聚合物基復合材料中“偽影”現象的產生與粒子尺寸的關系
我們研究了基於聚合物材料的SThM微納米尺度熱表征的表面形貌引起的“偽影”現象🚗◼️。 製備了均勻聚合物和復合聚合物/粒子薄膜👰🏼♂️。 進行了詳細的數據分析，並對“偽影”現象的產生提供合理的假設並驗證👩🏭。對於均勻的聚合物薄膜，表面粗糙度是引起熱反饋偽影的直接因素⬛️，當材料表面粗糙度小於13.51 nm時🤽🏿♀️，可以通過消除與形貌相關的“偽影”現象得到準確的微納尺度表征。對於復合薄膜🙈，峰值高度值（粒子尺寸）是產生“偽影”現象的直接原因🤏👩🏿🦰，較小的峰高值(<30 nm)未觀察到明顯的“偽影”，而在32 nm的峰高值開始出現“偽影”🤧， 因此🏙，製備局部高度值小於30 nm的復合材料可以有效地減少偽影的產生💟。本工作不僅闡明了不同樣品在SThM表征中“偽影”的產生及其影響因素👇🏻，而且提出了消除“偽影”的樣品製備要求🤽♀️😇，以進行精確的微納米尺度熱表征。
論文鏈接：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0088360