在聚合物层合板中分辨微米到亚微米层

从食品到制药，很多行业都使用聚合物层压板。当不同物理性质、化学性质和厚度的多层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，技术的不断改进和制造的复杂性使生产更复杂和更薄的层压板结构。因此，对层压板失效分析、竞争性逆向工程和产品质量控制的需求一直在增长。

层压板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，其独特的选择规律产生了适合材料鉴定的分子指纹。共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。

本文结合两种聚合物层合板的实例进行了分析热科学DXR2拉曼显微镜演示了。仪器配置的影响，如放大镜，激光波长和针孔大小，横向空间分辨率的详细讨论。

欧洲杯足球竞彩材料和方法

两个聚合物层压样品，A和B，被切成微胶片。然后把这些薄膜放在载玻片上，通过添加戊烷使其变平。接下来，将载玻片放置在显微镜台插入物上进行拉曼成像。所有分析均采用Thermo Scientific DXR2拉曼显微镜。采用532 nm激光器，激光功率设置为5 mW。采用25 μm共聚焦针孔和100×物镜。拉曼谱图(27.4 μm)，步长为0.2 μm，包含138张光谱。拉曼区域图(3 μm [X] X 20 μm [Y])以1 μm (X)和0.2 μm (Y)步长收集，包括584个光谱。采用Thermo Scientific OMNIC for Dispersive Raman软件套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截面分析来识别聚合物层合板。虽然深度剖面是有益的，因为它几乎不需要样品制备，但通过线/面积映射的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。

图片1。(A)缩微胶片A的视频图像，显示拉曼线映射区域(红线);(B)缩微A膜拉曼线图;(C)各层的代表性拉曼光谱。PE =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。

缩微膜A的视频图像和拉曼线映射的位置(红线)如图1A所示。图1B为对应的拉曼谱图。拉曼线图为二维等高线图，显示了不同层间(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，蓝色的强度最低，红色的强度最高。基于拉曼光谱在垂直方向上的变化，文库检索识别出7个不同的层:第1、3、5和7层代表聚乙烯(PE)，第2和6层代表聚丙烯(PP)，第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。相邻层间没有交叉污染，显示出足够的空间分辨率来区分相邻层。基于半最大全宽(FWHM)方法(图1D)，估计了最薄层(layer 4)的厚度为1.2 μm。

微胶卷B的三维拉曼区域图像如图2A-2C所示。从图中仔细选择PP、PE和PVA光谱作为参考，建立相关谱图的拉曼区域图像。红色表示与参考材料相关性高，蓝色表示与参考材料相关性低。就像缩微膜A一样，缩微膜B也清晰的识别出了7层:1、3、5、7层是PE, 2、6层是PP，中间的4层是PVA。为了估计第4层的厚度，首先从区域图中提取线图，由图2C中的白色虚线勾画。提取的直线然后使用来自地图的PVA光谱作为参考暴露到相关分析中，结果显示在图2D中。在~ 14.5 μm处的尖峰对应第4层，根据剖面峰的半宽谱估计厚度约为0.4 μm。^3.需要注意的是，上述方法在很大程度上取决于光谱质量以及相邻层间的光谱差异。因此，从相关剖面得到的地层厚度应视为一种估算。需要扫描电子显微镜(SEM)等技术来精确测量层厚。

图片2。微杂散B.（a） - （c）：PE，PP和PVA的拉曼相关图像分别为3-D拉曼相关图像。（d）在从区域图中提取的线上使用PVA参考光谱获得的拉曼相关性（C）上提取的线路上获得的线路。

在光学显微镜中，衍射受限的分辨率是通过如下所示的瑞利准则进行经验评估的，λ表示激光波长，η是浸入/安装介质的折射率，d是瑞利准则，N.A.是显微镜物镜数值孔径。

如方程所述，轴向和横向瑞利准则均与波长成正比，而与客观数值孔径成反比。轴向瑞利准则也与被研究材料的折射率成正比。

对于光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，层合板的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，由于激光/拉曼光子的散射以及与样品界面的相互作用等因素的影响，这种分辨率会降低。针孔尺寸是仪器配置中另一个重要的考虑因素。该共焦针孔作为一个空间滤波器，使拉曼光谱仪观察到一个更小的空间域比传统配置没有针孔，衰减样品的非聚焦区域。²本研究采用了100× n. 0.9的物镜、532 nm激光和25 μm共聚焦针孔的组合，使PVA层的分辨率达到0.4 μm厚，接近横向空间分辨率的理论极限。

结论

本文利用面积图和拉曼谱对聚合物层合板进行了分析。在这两种情况下，都检测到了七层。适当配置的拉曼显微镜能够分辨厚度约0.4 μm的聚合物薄层，这非常接近空间分辨率的理论极限。

参考资料及进一步阅读

1. 陈建平，陈建平，陈建平，等。材料科学与工程，2009,12(4)，38-3欧洲杯足球竞彩9。
2. (1)拉曼光谱和空间信息的优化方法，中国科学院研究生院学报，2015。
3. 陈建平，陈建平，陈建平，等。共聚焦拉曼显微技术在聚合物薄膜分析中的应用。光子学报，2008

该信息来源于赛默飞世尔材料与结构分析公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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