Макро- и наноскопические капиллярные эффекты на наноструктурированных реальных поверхностях

Abstract

Представлены результаты измерений капиллярных сил на различных алмазоподобных материалах и аллотропных модификациях углерода, полученные с помощью сканирующего силового микроскопа. Амплитудно-частотные характеристики нанорельефа исследуемых поверхностей варьировали в широком диапазоне плазмохимическими обработками. Измерения капиллярных сил сопоставлены с макроскопическими значениями угла смачивания. Показано, что макроскопический угол смачивания зависит только от усредненной поверхностной энергии и слабо зависит от характеристик нанорельефа, а нанокапиллярные силы коррелируют как с параметрами рельефа поверхности, так и с локальным углом смачивания. Подробно обсуждены критерии многоменискового режима измерения капиллярных сил в силовой спектроскопии поверхности и перспективы применения данной методики для энергетического картирования реальной поверхности.

Представлено результати вимірювань капілярних сил на різних алмазоподібних матеріалах і алотропних модифікаціях вуглецю, що отримано за допомогою скануючого силового мікроскопа. Амплітудно-частотні характеристики нанорельєфу досліджуваних поверхонь варіювалися в широкому діапазоні шляхом плазмохімічних обробок. Вимірювання капілярних сил зіставлено з макроскопічними значеннями кута змочування. Показано, що макроскопічний кут змочування залежить тільки від усередненої поверхневої енергії і слабо залежить від характеристик нанорельєфа, а нанокапіллярні сили корелюють як із параметрами рельєфу поверхні, так і з локальним кутом змочування. Детально обговорено критерії багатоменіскового режиму вимірювання капілярних сил в силовій спектроскопії поверхні і перспективи застосування даної методики для енергетичного картування реальної поверхні.

The measurements of capillary forces on different diamond-like materials and carbon allotropic modifications taken using a scanning force microscope have been discussed. The amplitude-frequency characteristics of the nanorelief surfaces studied have been widely varied by plasma chemical treatments. The measurements of capillary forces have been compared with the macroscopic values of a wetting angle. It has been shown that a macroscopic wetting angle depends on the averaged surface energy only and is slightly dependent on the nanorelief characteristics, and nanocapillary forces correlate with both surface relief parameters and the local angle of wetting. Criteria for multimeniscus mode of capillary forces measurement in the surface force spectroscopy and the prospects of this procedure application for mapping the real surface energy have been considered in detail.