[发明专利]一种液相下辨别气、液、固纳米物质的方法

说明书

本发明公开了一种液相下辨别气、液、固纳米物质的方法，包括制备标准检测物、确定可分辨的力、获取标准力曲线以及待测样品辨别等步骤。本发明利用纳米物质在力学加载下的不同响应，对纳米物质进行判别，显著提高了判别效率，极大节约了时间并避免破坏纳米物质。

技术领域

本发明涉及一种物质辨别方法，具体涉及一种液相下辨别气、液、固纳米物质的方法。

背景技术

纳米气泡具有大量的潜在应用价值，包括微流减阻、表面清洁以及防止蛋白质和微生物吸附等。目前，制备纳米气泡的主流方法是采用醇-水替换产生。但是，两种溶液的替换极易掺杂高分子液滴和固体颗粒污染物，这些污染物在常规微纳米材料表征方法下显现出与纳米气泡类似的特征，使得纳米气泡的识别极为困难。因此，液相下有效区分气、液、固微纳米物质成为了促进纳米气泡大规模工业应用的必然需求。由于气-液-固三相接触线通过表面纳米气泡、高分子纳米液滴和固体微球颗粒时会表现出不同的动力学现象，因此现有技术中一般使用全内反射荧光显微镜来进行观察表征，但是该方法在识别出气泡的同时也会破坏气泡。如何快速高效地从纳米物质中识别出纳米气泡并且不破坏气泡，成为一个亟待解决的难题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种液相下辨别气、液、固纳米物质的方法，以解决微纳米物质辨别困难的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种液相下辨别气、液、固纳米物质的方法，包括以下步骤：

(1)制备标准检测物：制备标准纳米气泡、标准聚二甲基硅氧烷纳米液滴和标准聚苯乙烯固体微球溶液；并对探针进行等离子亲水处理和悬臂梁的偏折系数校准以及探针弹性系数校准；悬臂梁偏转灵敏度校准使用ramp，弹性系数使用热噪声法；

(2)确定可分辨的力：在原子力显微镜的峰值力定量纳米测量模式下，采用一组具有梯度变化的力分别对制得的标准纳米气泡、标准纳米液滴和标准固体微球溶液进行成像，以三种物质表现出明显不同力学响应时所对应的力为可分辨出纳米物质的最小检测力；

(3)获取标准力曲线：在原子力显微镜的力阵列模式下，分别获取标准纳米气泡、标准纳米液滴和标准固体微球溶液的标准力曲线，并确定三种物质标准力曲线的形态；

(4)待测样品辨别：采用步骤(2)中确定的可分辨的力对待测样品进行成像，并采用与步骤(3)相同的方法获取待测样品的力曲线，然后将待测样品的图像和力曲线与在可分辨出纳米物质的最小检测力下得到的标准检测物的图像和标准力曲线进行对比，确定待测样品的物质种类。

本发明基于原子力显微镜定量力学纳米测量模式，提出两种简单的力学判别方法，即纳米物质对加载力的响应以及纳米物质的本征力曲线，可以快速且高效地对微纳米物质进行辨别区分。对于不同的加载力，不同状态的纳米物质使用相同的力梯度时，其形貌轮廓表现出不同的变化，即对不同物质进行PF-QNM成像，三种物质在可分辨出纳米物质的最小检测力(使不同状态的纳米物质表现出明显不同的力)下表现出不同的力学响应。比如，大加载力作用下纳米气泡的接触角趋近于0，在高度图上没有可识别的高度，而纳米液滴则能观察到明显的接触线收缩，且液滴边缘有极薄分子层出现，呈现“宽边帽”状。同时，固体微球的形貌不会发生明显的变化。

另外，不同纳米物质的力曲线表现出不同的特性。纳米气泡力-距离关系表现出良好的线性变化，加/卸载力曲线的线性变化段完全重合；纳米液滴的力曲线则表现出阶段性的线性变化，曲线上可以观察到多处跳跃点，且加/卸载力曲线不重合，即呈现滞回现象；固体微球颗粒的力曲线表现为典型坚硬材料的特征，力随距离变化急剧上升，加/卸载力曲线完全重合。