אנו מודים M. Hempenius וא בנטי לדיונים פוריים, י &#39;יו לבדיקה מדוקדקת של המתכון, מ&#39; Vlot לעיצוב דמותו של איור 1, ג Padberg וק סמית לקבלת תמיכה טכנית. EK מכיר בארגון הולנד למחקר מדעי (NWO, TOP גרנט 700.56.322, Macromolecular ננוטכנולוגיה עם Stimulus הפולימרים Responsive) לתמיכה כספית. SDB כבר נתמך על ידי הקרן למחקר בסיסי בעניין (FOM), אשר נתמכת כלכלית על ידי ארגון הולנד למחקר מדעי (NWO).

הערה: איור 2 מדגים את הליך הכנת מדגם. מצעי מברשות פולימר היו מורכבים מסיליקון (Si) (נתיב (א)), ממצעים מצופים זהב (100 ננומטר זהב התאדה על Si רקיק שיש שכבת 10 ננומטר הידבקות Cr, נתיב (ב)), ומבדיקות AFM colloidal זהב (6 מיקרומטר קוטר, נתיב (ג)) על ידי משטח יזם אטום-העברה פילמור הרדיקלי (SI-ATRP) 24. מדידות AFM בוצעו על AFM-אופניים עם ראש הרעש הנמוך, אנכי לעסוק סורק ונוזל תא. הכנת 1. לדוגמא <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת מצע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר יוזם על משטחי סיליקון. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את מצעי סיליקון עם כלורופורם, אז פתרון פיראניה, לאחר מכן לשטוף עם מים מטוהרים, אתנול וכלורופורם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מצעים יבשים לייבוש סביב בקבוקון המכיל 50 μl triethoxysilane (3-aminopropyl). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפנות את שנינות הייבושחה משאבה סיבובית שבשבת במשך 15 דקות ולסגור אותו לאחר מכן. לאפשר לאדים בתצהיר כדי להמשיך O / N. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון של 40 מיליליטר טולואן (degased) ו -40 triethylamine μl בארלנמייר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את מצעים בבקבוק ושחרר-חכם להוסיף 40 μl 2-bromo-2-methylpropionyl. שמור את מצעים בפתרון, כדי למנוע בתצהיר של גבישי מלח שנוצרו בתמיסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את הפתרון עבור 4 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את מצעים עם טולואן ואתנול. בשלב הבא, למקם את מצעים לבקבוקוני פילמור. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר יוזם על משטחי זהב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון monolayer: לפזר חומצה 2-bromo-2-מתיל-פרופיונית 11- [11 (2-bromo-2-מתיל-propionyloxy) -undecyldisulfanyl] -undecyl אסתר ב 20 מיליליטר degassed כלורופורם (0.2 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת בקירוב 1.5 מיליליטר פתרון monolayer לתוך בקבוקון קטן שהיה סמוק בעבר עם ארגון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את מצעים מצופים זהב עם כלורופורם ופתרון פיראניה. בהמשך לכך לשטוף עם מים מטוהרים, אתנול וכלורופורם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את מצעים ניקו לmonolayer-הפתרון ולסגור את הבקבוק. O חנות / N במקום חשוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את בדיקות colloidal זהב עם אתנול וכלורופורם על ידי טבילתם לממסים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את בדיקות colloidal לתוך הבקבוקון המכיל את פתרון monolayer. סגור היטב ולשמור אותו במקום חשוך O / N. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מצעים מהפתרון, לשטוף עם כלורופורם ואתנול. בשלב הבא, להעביר את מצעי היוזם מצופה לתוך בקבוק פילמור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את בדיקות colloidal מפתרון monolayer, לשטוף עם כלורופורם ואתנול. בשלב הבא, להעביר כל בדיקה בנפרד לתוך בקבוקון פילמור. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פלמור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> SI-ATRP של PMMA <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טהר את הבקבוק ובקבוקונים, המכיל את מצעים מכוסים יוזם (שני Si וזהב) ובדיקות colloidal עם Argבלמשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 10 גרם methacrylate מתיל (MMA) במדיום ATRP (תערובת / מים 10 מיליליטר מתנול עם יחס 1: 5) ודגת הפתרון עבור שעה 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 145 מ&quot;ג CuBr ו320 מ&quot;ג 2,2-bipyridine לתוך בקבוק מצויד בבר ערבוב מגנטי, ועל ידי deoxygenize 3 מחזורי מילוי ואקום-אר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את פתרון מונומר degassed לתוך הבקבוק (המכיל נחושת) ומערבבים לעוד 15 דקות עד לפתרון חום ברור הוא ציין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מחט מזרק 2 מ&quot;ל ולשטוף את המחט והמזרק עם ארגון 2-3 פעמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסגת פתרון פילמור 1 מיליליטר עם המזרק ולהזריק את התוכן לתוך בקבוקון התגובה הקטן, המכיל את חללית קולואיד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למשוך את הפתרון שנותר עם המזרק ולהזריק את התוכן לתוך בקבוקון התגובה, המכיל את מצעים שטוחים. הוסף מספיק פתרון ללהטביע כל דגימה לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנהל את פילמור במשך 40 שעות בRT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Reלהעביר את הדגימות מפתרון פילמור ולשטוף עם אתנול וכלורופורם במחזורים מרובים. הצביעה של המדגם מעידה על קיומו של המברשת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, לייבש את מצעים תחת זרם של חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור מצעים שטוחים בתיבת חנקן. מברשת פולימרי חנות שונה בדיקות בטולואן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> SI-ATRP של PNIPAM 10 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טהר את הבקבוק ובקבוקונים, המכיל את מצעים מכוסים יוזם (שני Si וזהב) ובדיקות קולואיד עם ארגון למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפזר -isopropylacrylamide N 5.6 g וPMDETA 320 μl במדיום ATRP (1.6 מיליליטר מים ו -18 מיליליטר מתנול) ודגת הפתרון עבור שעה 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף CuBr 76 מ&quot;ג לתוך בקבוק מצויד בבר ערבוב מגנטי, ועל ידי deoxygenize 3 מחזורי מילוי ואקום-אר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעביר את פתרון מונומר degassed לתוך הבקבוק המכיל נחושת. מערבבים לעוד 15 דקות עד לפתרון ירוק וצלול הוא ציין. </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מחט מזרק 2 מ&quot;ל ולשטוף את המחט והמזרק עם ארגון 2-3 פעמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לסגת פתרון פילמור 1 מיליליטר עם המזרק ולהזריק את התוכן לתוך בקבוקון התגובה הקטן, המכיל את חללית קולואיד. חזור לכל הבדיקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למשוך את הפתרון שנותר עם המזרק ולהזריק את התוכן לתוך בקבוק התגובה, המכיל את מצעים שטוחים. הוסף מספיק פתרון ללהטביע כל דגימה לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנהל את פילמור לשעה 2 ב RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הדגימות מפתרון פילמור ולשטוף עם אתנול ומים במחזורים מרובים. הצבע של המדגם המופיע מעיד על קיומו של המברשת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המדגם לפתרון 0.1 M EDTA ולשמור אותו בO הפתרון / N כדי להסיר את כל הנחושת. לשטוף עם מים ואתנול מטוהרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את מצעים שטוחים בתיבת חנקן. אחסן בדיקות שונה מברשת PNIPAM במים מטוהרים. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפיון מברשת, Fourier Transform אינפרא אדום (איור 3) הערה: זווית מרעה להשתמש במצב FTIR למברשות פולימר על מצע זהב ומצב FTIR שידור למברשות פולימר על מצע Si. ייבש את כל הדגימות בזהירות. כל מים וזיהום ממס יכולים לגרום נזק חמור של הגלאי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפעיל את הציוד בהתאם להוראות הניתנות על ידי היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הפרמטרים למדידת המדגם הבאים: טווח שבין 900 ו3,700 -1 סנטימטר עם רזולוציה של 4 סנטימטר -1 ו -32 סריקות ממוצעת בכל מדידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה מצע ריק בהתאם לפרוטוקול המשמש להכנת מדגם, לייבש היטב ומניח אותו לתא המדידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ואקום במשך 4 שעות. בשלב הבא, להקליט סריקה ברקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המדגם הריק ומניח את המדגם היבש מברשת מצופה פולימר במדגם קאמרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ואקום בsamplתא דואר ולהקליט מדגם סריקה כל 30 דקות במשך 5 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לזהות את כל השיאים בספקטרום כדי לאשר הרכב כימי של מברשת הפולימר. (לנתח רק סריקות עם בסיס ישר.) </li></ol></li></ol> 2. מדידת AFM <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרד את המצע מכוסה מברשת PMMA בזהירות עם מחט, לשטוף עם ממס טוב כדי להסיר את העודפים של פולימר ולייבש אותו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר הדגימות לתוך מכשיר AFM והר הבדיקה לנוזל התא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את הלייזר על קצה שלוחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם שימוש במצלמה, ליישר את הקצה מעל שריטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני מתקרב ועוסק הקצה, להגדיר את גודל 0 nm הסריקה. בשלב הבא, לעסוק בקצה אל פני השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור אל &#39;מצב רמפה&#39; ולקבוע את רגישות הסטייה באמצעות עקומות מרחק כוח. כייל את קבוע הקפיץ הרגיל באמצעות &#39;מנגינת התרמית &quot;כפי שהיא מתבצעת o הקבועה התוכנה ואביב torsionalf שלוחה בשיטה של et al וגנר. 25 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ללכוד את הרעש התרמי torsional של שלוחה באוויר במשך 2 שניות באמצעות לכידת נתונים במהירות הגבוהה בתוכנה (6.25 MHz). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להמיר את הרעש התרמי לצפיפות ספקטרלית כוח (V 2 / Hz) באמצעות ההתמרה פורייה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע את התהודה הבסיסית וגורם האיכות של שלוחה באוויר באמצעות תהודת השיא בצפיפות ספקטרלית כוח ואת המשוואה למתנד הרמוני פשוט הכוללים רעש בסיס (EQ. 2 של Ref. 25). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את קבוע קפיץ torsional באמצעות ממדי inplane של שלוחה (אורך ורוחב), הצפיפות וצמיגות של המדיום (אוויר) המקיף את גורם האיכות ותדר תהודה קבעו בשלב 2.6.3 בשיטה של צדר 26. הערה: השתמשנו בכלי מסופק באתר האינטרנט של ג&#39;ון צדר: www.ampc.ms.unimelb.edu.au/afm/calibration.html. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Calculate רגישות סטיית זווית torsional של שלוחה באמצעות EQ. 6 ו -7 של Ref. 25. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להמיר את קבוע קפיץ torsional ורגישות סטייה לרגישות הקבועה קפיץ וסטייה לרוחב שימוש בגודל של קולואיד, העובי של שלוחה וEQ. 8 של Ref. 25. הערה: אות הגלאי כעת ניתן להמיר את כוח באמצעות: כוח [N] = [מ &#39;N /] אביב לרוחב קבוע * רגישות סטייה לרוחב [מ&#39; / V] * אות גלאי [V]. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את גובה המברשת של המברשת היבשה על ידי ההדמיה המברשת בשריטה בsetpoint הסטייה הנמוכה ביותר האפשרי. לקבוע את גובה המברשת מהקו-הסריקות של התמונה שצולמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Solvate המברשת בacetophenone ידי בעדינות מרח אותה על פני השטח עם מזרק. הערה: הצבע של מדגם שינויים כמתאדה ממס. זה מאפשר לבעקבות תהליך הייבוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המדגם לAFM. יישר את אות הלייזר האנכית ל-1.0 V. הגדר את setpoint הסטייה ל0 V ולעסוק שלוחה ופני שטח. הערה: לאחר הבאת שלוחה במגע עם פני השטח, acetophenone עוברת למברשת על קולואיד יצירת גשר בין נימי הקצה ועל פני השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את גודל הסריקה עד 40 מיקרומטר, להשבית את הצירים איטיים סריקה ויחס גובה-רוחב תמונה מוגדר 1: 4. רשום את הגובה וערוצי תמונת חיכוך (שניהם בוחנים הלוך ושוב). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר התמונות שנתפסו לסגת שלוחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל טיפה של מים על פני השטח מכוסה מברשת PNIPAM, לsolvate מברשת PNIPAM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את הראש ומהר להחליף את משטח PMMA על ידי משטח PNIPAM solvated ליצור מערכת immiscible. להיות מהיר כאשר החלפת המשטחים, כדי למנוע אידוי של acetophenone ממברשת PMMA בבדיקת colloidal. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעסוק קצה ושטח, ותמונות שיא עם פרמטרים זהים כמו בעבר. </li></ol>

<ol>
	<li>Lee, S., Spencer, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materials+science+-+Sweet,+hairy,+soft,+and+slippery.">Materials science - Sweet, hairy, soft, and slippery.</a> Science. 319, 575-576 (2008).</li><li>Milner, S. T., Witten, T. A., Cates, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+the+Grafted+Polymer+Brush.">Theory of the Grafted Polymer Brush.</a> Macromolecules. 21, 2610-2619 (1988).</li><li>Klein, J., Kumacheva, E., Mahalu, D., Perahia, D., Fetters, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+Frictional+Forces+between+Solid-Surfaces+Bearing+Polymer+Brushes.">Reduction of Frictional Forces between Solid-Surfaces Bearing Polymer Brushes.</a> Nature. 370, 634-636 (1994).</li><li>Raviv, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lubrication+by+charged+polymers.">Lubrication by charged polymers.</a> Nature. 425, 163-165 (2003).</li><li>Moro, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+grafting+of+artificial+joints+with+a+biocompatible+polymer+for+preventing+periprosthetic+osteolysis.">Surface grafting of artificial joints with a biocompatible polymer for preventing periprosthetic osteolysis.</a> Nat Mater. 3, 829-836 (2004).</li><li>Bureau, L., Leger, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sliding+friction+at+a+rubber/brush+interface.">Sliding friction at a rubber/brush interface.</a> Langmuir. 20, 4523-4529 (2004).</li><li>Muller, M. T., Yan, X. P., Lee, S. W., Perry, S. S., Spencer, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lubrication+properties+of+a+brushlike+copolymer+as+a+function+of+the+amount+of+solvent+absorbed+within+the+brush.">Lubrication properties of a brushlike copolymer as a function of the amount of solvent absorbed within the brush.</a> Macromolecules. 38, 5706-5713 (2005).</li><li>Kobayashi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Friction+behavior+of+high-density+poly(2-methacryloyloxyethyl+phosphorylcholine)+brush+in+aqueous+media.">Friction behavior of high-density poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) brush in aqueous media.</a> Soft Matter. 3, 740-746 (2007).</li><li>Zappone, B., Ruths, M., Greene, G. W., Jay, G. D., Israelachvili, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption,+lubrication,+and+wear+of+lubricin+on+model+surfaces:+Polymer+brush-like+behavior+of+a+glycoprotein.">Adsorption, lubrication, and wear of lubricin on model surfaces: Polymer brush-like behavior of a glycoprotein.</a> Biophys J. 92, 1693-1708 (2007).</li><li>Sui, X. F., Zapotoczny, S., Benetti, E. M., Schon, P., Vancso, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+and+molecular+engineering+of+surface-grafted+polymer+brushes+across+the+length+scales+by+atomic+force+microscopy.">Characterization and molecular engineering of surface-grafted polymer brushes across the length scales by atomic force microscopy.</a> J Mater Chem. 20, 4981-4993 (2010).</li><li>Li, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalently+Cross-Linked+Hydrogel+Brushes+with+Tunable+Interfacial+and+Bulk+Properties.">Covalently Cross-Linked Hydrogel Brushes with Tunable Interfacial and Bulk Properties.</a> Macromolecules. 44, 5344-5351 (2011).</li><li>Wang, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomechanical+and+tribological+characterization+of+the+MPC+phospholipid+polymer+photografted+onto+rough+polyethylene+implants.">Nanomechanical and tribological characterization of the MPC phospholipid polymer photografted onto rough polyethylene implants.</a> Colloid Surface B. 108, 285-294 (2013).</li><li>Yoshizawa, H., Chen, Y. -. L., Israelachvili, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundemental+mechanisms+of+interfacial+friction.+1.+Relation+between+adhesion+and+friction.">Fundemental mechanisms of interfacial friction. 1. Relation between adhesion and friction.</a> J. Phys. Chem. 97, 4128-4140 (1993).</li><li>Maeda, N., Chen, N. H., Tirrell, M., Israelachvili, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adhesion+and+friction+mechanisms+of+polymer-on-polymer+surfaces.">Adhesion and friction mechanisms of polymer-on-polymer surfaces.</a> Science. 297, 379-382 (2002).</li><li>Klein, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shear,+friction,+and+lubrication+forces+between+polymer-bearing+surfaces.">Shear, friction, and lubrication forces between polymer-bearing surfaces.</a> Annu Rev Mater Sci. 26, 581-612 (1996).</li><li>Leger, L., Raphael, E., Hervet, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-anchored+polymer+chains:+Their+role+in+adhesion+and+friction.">Surface-anchored polymer chains: Their role in adhesion and friction.</a> Adv Polym Sci. 138, 185-225 (1999).</li><li>Binder, K., Kreer, T., Milchev, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+brushes+under+flow+and+in+other+out-of-equilibrium+conditions.">Polymer brushes under flow and in other out-of-equilibrium conditions.</a> Soft Matter. 7, 7159-7172 (2011).</li><li>Galuschko, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frictional+Forces+between+Strongly+Compressed,+Nonentangled+Polymer+Brushes:+Molecular+Dynamics+Simulations+and+Scaling+Theory.">Frictional Forces between Strongly Compressed, Nonentangled Polymer Brushes: Molecular Dynamics Simulations and Scaling Theory.</a> Langmuir. 26, 6418-6429 (2010).</li><li>Spirin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-brush+lubrication+in+the+limit+of+strong+compression.">Polymer-brush lubrication in the limit of strong compression.</a> Eur Phys J E. 33, 307-311 (2010).</li><li>Schorr, P. A., Kwan, T. C. B., Kilbey, S. M., Shaqfeh, E. S. G., Tirrell, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shear+forces+between+tethered+polymer+chains+as+a+function+of+compression,+sliding+velocity,+and+solvent+quality.">Shear forces between tethered polymer chains as a function of compression, sliding velocity, and solvent quality.</a> Macromolecules. 36, 389-398 (2003).</li><li>Drummond, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric-Field-Induced+Friction+Reduction+and+Control.">Electric-Field-Induced Friction Reduction and Control.</a> Phys Rev Lett. 109, 154302 (2012).</li><li>Beer, S., Kutnyanszky, E., Sch&#246;n, P. M., Vancso, G. J., M&#252;ser, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent-induced+immiscibility+of+polymer+brushes+eliminates+dissipation+channels.">Solvent-induced immiscibility of polymer brushes eliminates dissipation channels.</a> Nat. Commun. 5, 3781 (2014).</li><li>Wong, T. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+self-repairing+slippery+surfaces+with+pressure-stable+omniphobicity.">Bioinspired self-repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity.</a> Nature. 477, 443-447 (2011).</li><li>Matyjaszewski, K., Xia, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atom+transfer+radical+polymerization.">Atom transfer radical polymerization.</a> Chem Rev. 101, 2921-2990 (2001).</li><li>Wagner, K., Cheng, P., Vezenov, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noncontact+Method+for+Calibration+of+Lateral+Forces+in+Scanning+Force+Microscopy.">Noncontact Method for Calibration of Lateral Forces in Scanning Force Microscopy.</a> Langmuir. 27, 4635-4644 (2011).</li><li>Green, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Normal+and+torsional+spring+constants+of+atomic+force+microscope+cantilevers.">Normal and torsional spring constants of atomic force microscope cantilevers.</a> Rev. Sci. Instrum. 75, 1988-1996 (2004).</li><li>Vyas, M. K., Schneider, K., Nandan, B., Stamm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Switching+of+friction+by+binary+polymer+brushes.">Switching of friction by binary polymer brushes.</a> Soft Matter. 4, 1024-1032 (2008).</li><li>Persson, B. N. J., Albohr, O., Tartaglino, U., Volokitin, A. I., Tosatti, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+nature+of+surface+roughness+with+application+to+contact+mechanics,+sealing,+rubber+friction+and+adhesion.">On the nature of surface roughness with application to contact mechanics, sealing, rubber friction and adhesion.</a> J Phys-Condens Mat. 17, R1-R62 (2005).</li><li>Beer, S., M&#252;ser, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alternative+dissipation+mechanisms+and+the+effect+of+the+solvent+in+friction+between+polymer+brushes+on+rough+surfaces.">Alternative dissipation mechanisms and the effect of the solvent in friction between polymer brushes on rough surfaces.</a> Soft Matter. 9, 7234-7241 (2013).</li><li>Persson, B. N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+rubber+friction+and+contact+mechanics.">Theory of rubber friction and contact mechanics.</a> J Chem Phys. 115, 3840-3861 (2001).</li><li>Briels, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+forces+in+flowing+soft+matter.">Transient forces in flowing soft matter.</a> Soft Matter. 5, 4401-4411 (2009).</li><li>Chen, M., Briscoe, W. H., Armes, S. P., Klein, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lubrication+at+Physiological+Pressures+by+Polyzwitterionic+Brushes.">Lubrication at Physiological Pressures by Polyzwitterionic Brushes.</a> Science. 323, 1698-1701 (2009).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

התוצאות שהוצגו עולות כי החיכוך, למערכות immiscible של מברשות solvated בנפרד, בחום מופחת בהשוואה למערכות מסורתיות בליל של שתיים מאותו המברשות solvated. הספיגה המועדפת של הממסים השונים בשתי מברשות מונעת מברשות מinterdigitating וכתוצאה מכך למקור עיקרי של שחיקה ופיזור בחיכוך מברשת פולימר מתבטלת. השיטה המוצגת לכן שונה במהותו מלהחליק הידרופילי יבש על מברשות הידרופובי, שבו החיכוך ייקבע על ידי אינטראקציות מברשת ספציפית 27. למעשה, על גז PMMA על PNIPAM (ננומטר התמוטט גובה 166) ללא ממסים, מצאנו כי החיכוך היה גבוה ב -50% בהשוואה לייבוש PMMA על PMMA (מ &#39;התמוטט גובה 236). כפי שכבר ציינו, זמן קצר בביאורים לסעיף &quot;הפרוטוקול&quot;, יש כמה נקודות חשובות שצריכים לזכור בעת ביצועניסויים אלה בפרט: ראשית, acetophenone הוא טוב יותר ממס עבור PNIPAM מאשר מים. לפיכך, יש להקפיד שacetophenone לא נכנס למברשת PNIPAM על ידי הרטבת מברשת PNIPAM עם הרבה מים. מאז acetophenone ומים לא מתערבבים, acetophenone עכשיו לא להיכנס למברשת PNIPAM. זו הסיבה שאנו לא לטבול המערכת שלנו לחלוטין בacetophenone, אך במקום זאת יצרו נימי acetophenone למערכת בליל. סיבה נוספת לטבילה שלמה היא שתוצאות טבילה מלאה בhydrodynamics החזק מדי, כזה שרק מדדו את גרירת סטוקס על קולואיד והשלוחה. שנית, בניסויי AFM קבועי אביב torsional ונורמלים הם מצמידים. גם זיזים עם קבוע קפיץ נורמלי נמוך יהיו קבועים נמוך יחסית torsional אביב ולהיפך. זה מגביל את מקדם החיכוך הנמוך ביותר למדידה ל&gt; 10 -3. לפיכך, על מנת למדוד את ההפחתה המלאה חיכוך, החיכוך לmisמערכת cible צריכה להיות גבוה. זו מושגת על ידי שימוש במברשות בצפיפות גבוהה ארוכות ומהירות גזירה גבוהה יחסית של בדרך כלל 100 מ &#39;/ שנייה. יתר על כן, הנימים בין המברשות גם מגדילה את כוחות החיכוך. מדדנו את מקדם החיכוך הנמוך ביותר, למערכת immiscible 22, של μ = 0.003 תחת לחץ נורמלי משוער של 200 kPa. שימוש באותה תנאי ניסוי, מצאנו כי μ = 0.15 למערכת בליל. שים לב שהניסויים בוצעו בסביבת מעבדה מבוקרת ושמשטחים המשמשים בתעשייה אינם אידיאליים כמו בשימוש בניסויים שהוצגו. רוב משטחי הפצת חספוס לא אחידה 28 וכך asperities רבות של צורות וגדלים שונים. במהלך ההתנגשות של שתי asperities נושאות מברשת, החיכוך מורכב מערוצי פיזור שונים 29. מנגנוני פיזור ליד מצב יציב, כגון interdigitation וזרימת ממס, יהיו השפעות hysteretic בצורה 30 בשל זמן ההרפיה האיטי של הפולימרים והממס. חוץ מזה, נימים נוצרות ושבורה. במערכות מברשת בליל משמשים באופן מסורתי, interdigitation החולף 31 מגביר hysteresis shape- ונימים. עם מערכת immiscible שהוצגה כאן, interdigitation החולף מסולק מדי. יתר על כן, hysteresis נימים ניתן לעקוף על ידי יישום של שני ממסים immiscible. לכן, גם למשטחים מחוספס, החיכוך נפוץ יותר וללבוש יופחת שימוש במערכות מברשת immiscible 22. המקור העיקרי לחיכוך שנותר הוא עיוות מברשת. עיגון פולימרים polyzwitterionic, אשר ידוע לחיכוך הנמוך הפנימי שלהם 32, על אחד המשטחים יכול למזער את האפשרות השנייה. במערכות כאלה הלחץ האוסמוטי של הממס הוא גבוהה וכתוצאה מכך עיוות מברשת קטנה תחת עומסים נורמלים גבוהים. שיטה הוצגה מערכות מברשת immiscible יכולה להיות מיושמת כמעט בכל מערכת שבה חיכוך נמוך רצוי. פונקציות השיטה גם תחת לחצים גבוהים. עם זאת, יש להקפיד שהטמפרטורה נשמרת סביב RT. טמפרטורות גבוהות לפגוע בפולימרים, דבר שיגרמו לנוזל זרימה מתוך המגע וכתוצאה מכך גבוה חיכוך. דוגמאות ליישום פוטנציאל הם: מזרקים, מערכות בוכנה, מסבי ציר וצירים.

חומרי סיכה מושלמים להפחית את החיכוך ובלאי למוצקים בתנועה היחסית גם כאשר עומסים נורמלים הם גבוהים. כדי להשיג זאת, חומר הסיכה צריכה להישאר בקשר במהלך הזזה ובמנוחה. עם זאת, תחת עומס נורמלי חיובי, נוזלים פשוטים, צמיגות נמוכה נדחקים במהירות משטח המגע ושמנים גבוהים אף יותר צמיגות מגורשים סופו של דבר. ובכל זאת, אנשי קשר ביולוגיים, למשל, במפרקי אדם, יישארו משומן עם נוזלי צמיגות נמוכה בכל העת. טבע מבין שימון יעיל כגון שימוש בסוכר רשתות מחוברים למשטחים מוצקים 1. שרשרות הסוכר הידרופילי לשמור נוזל המימי במגע בלבד שהלחץ הנורמלי אינו עולה על הלחץ האוסמוטי של 2 הממס. לכן, הרבה מאמץ הופנה כלפי מחקת חומרי סיכה ביולוגיות על ידי השתלת פולימרים למשטחים מוצקים יוצרים מברשות פולימר שנקרא 3-12. כאשר שני פולימרים היריביםמברשות מובאות במגע, קטעים של שרשרות הפולימר בצד אחד יכולים לעבור למקטעי שרשרת מברשת בצד השני. אפקט זה נקרא interdigitation 13. כאשר המברשות נמצאות בתנועה החלקה היחסית, interdigitation הוא המקור העיקרי ללבוש 14 וחיכוך 15-17. למעשה, לאחרונה, חיכוך-מהירות יחסי הזזה מברשות פולימר כבר נגזרו 18. חוקים דרוג אלה מבוססים על interdigitation וכתוצאה מכך המתיחה וכיפוף של הפולימרים על הזזה. המאפיינים העיקריים מסכימים עם תוצאות של ניסויי מנגנון כוחות משטח 19 ושל דינמיקה מולקולרית (MD) סימולציות 20. בחודש האחרון את מידת החפיפה ניתן לכמת באופן ישיר. יתר על כן, ניתן היה לראות שהחפיפה בין מברשות polyelectrolyte יכולה להיות מכוונת על ידי החלת שדה חשמלי 21. לכן, אם interdigitation ניתן לעקוף, חיכוך ושחיקה במערכות אלה יהיו משמעותיתמופחת tly. בפרסום האחרון 22 שהראינו באמצעות סימולציות MD ששתי מערכות מברשת פולימר solvated immiscible למנוע חפיפה בין המברשות. יתר על כן, על הזזה המברשות, מצאנו ירידה של כוח החיכוך בשני סדרי גודל בהשוואה למערכות המברשת בליל המסורתיות, בהסכם מצוין עם מיקרוסקופ הכוח האטומי שלנו (AFM) מדידות. כאן, אנו מסבירים בפירוט כיצד להגדיר את ניסויי AFM של Ref. 22. העיקרון הבסיסי הוא שרטט באיור 1. בשתי נגדי משטחים, שתי מברשות שונות, כל אחד solvated ידי הממס המועדף שלהם, יש צורך. בתצורה זו כל מברשת נשארה בממס משלו. כתוצאה מכך, מגזרי פולימר ממברשת אחת אינם חודרים למברשת אחרת. פולי (methacrylate מתיל) (PMMA) הוא מורכב מבדיקת colloidal AFM ומברשת solvated ידי acetophenone. מפולי המשטח השטוח (-isopropylacrylamide N) (PNIPAM) הוא מורכב וsolvated במים. להשוות את המערכת הנוכחית למערכות מסורתיות בליל, נגד משטח שטוח שני נושאות מברשת PMMA solvated בacetophenone הוא עשה. כוח החיכוך שנמדד על הזזה מערכת immiscible של PMMA בPNIPAM הוא כ 1% מהחיכוך למערכת בליל של PMMA על PMMA. שים לב כי השימוש במערכות מברשת מיוחדות אלה הוא רק דוגמא אחת. השיטה המוצגת היא כללית ועובדת עקב הספיגה המועדפת של הממסים במברשות השונות. לכן, יותר סוגים של מברשות צפויים להיות ישים, כל עוד הממסים נבחרו דה-תערובת בשתי מברשות. ההשפעה מוגברת על ידי שימוש בשני ממסים-ערבוב שאינו (כמו acetophenone ומים) באופן שנוזל-על-הזזה-נוזל חלקלק נוסף ממשק נוצר 22,23.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="974">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:241px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:108px;">Company</td>
			<td style="width:105px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:520px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;"></td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Methyl methacrylate</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>M55909&#160;</td>
			<td>Monomer for PMMA synthesis, cleaned by pressing through a basic alumina column</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3-aminopropyl)triethoxysilane</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>440140</td>
			<td>vapor deposited silane monolayer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">triethylamine</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>T0886</td>
			<td>Reagent for the ATRP initiator moiety coupling.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-bromo-2-methylpropionyl</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>252271</td>
			<td>ATRP initiator moiety.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">toluene</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Biosolve</td>
			<td style="width:105px;">20150501</td>
			<td>Coupling medium for ATRP moiety</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CuBr</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>212865</td>
			<td>ATRP catalyst.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2,2&#8242;-Bipyridyl</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>14453</td>
			<td>Cu complexing ligand for ATRP of MMA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N,N,N&#8242;,N&#8242;&#8242;,N&#8242;&#8242;-Pentamethyldiethylenetriamine</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>369497</td>
			<td>Cu complexing ligand for ATRP of NIPAM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">acetic acid 98-100%</td>
			<td style="width:108px;">Merck</td>
			<td>8187551000</td>
			<td>For&#160; cleaning CuBr.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sulfuric acid</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>320501</td>
			<td>For the preparation of Piranha solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Hydrogen peroxide 33%</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Merck</td>
			<td style="width:105px;">&#160;1.07210.1000</td>
			<td>For the preparation of Piranha solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ethanol</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Merck</td>
			<td style="width:105px;">1.00983.1000</td>
			<td>For cleaning substrates.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Basic aluminum oxide 60&#160;</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Merck</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td>For cleaning monomers.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chloroform</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Biosolve</td>
			<td style="width:105px;">3080501</td>
			<td>For monolayer deposition and substrate cleaning.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Methanol</td>
			<td style="width:108px;">&#160;Biosolve</td>
			<td style="width:105px;">13680501</td>
			<td>For polymerization medium.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acetophenone</td>
			<td style="width:108px;">Acros Organics</td>
			<td>&#160;102410010</td>
			<td>For AFM measurement environment.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">N-isopropyl acrylamide</td>
			<td style="width:108px;">Acros Organics</td>
			<td>412780250</td>
			<td>Monomer for PNIPAM synthesis, recrystallized from toluene/hexane</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly(ethylene glycol) methacrylate&#160;</td>
			<td style="width:108px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>409529</td>
			<td>Monomer for Si-POEGMA synthesis, cleaned by pressing through a basic alumina column.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;">MilliQ water</td>
			<td style="width:108px;">MilliQ Advantage A 10 purification system&#160;</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td style="width:520px;">ATRP medium, AFM measurement environment 
			and for substrate cleaning.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Silicon substrates&#160;</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">Gold coated substrates</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;">AFM probe, CP-FM-Au,&#160;</td>
			<td style="width:108px;">SQube</td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td>AFM measurement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;"></td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:241px;">dithiodiundecane-11,1-diybis[2-bromo-2-methlpropanoate] (DTPR)</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td style="width:520px;">Initiator, for Si-ATRP on gold surfaces. 
			Synthesized according to Macromolecules, 2000, 33,597.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:241px;"></td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:105px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Atomic Frorce Microscope</td>
			<td colspan="2">Bruker Multimode V controller</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and friction force microscopy measurements of immiscible, opposing polymer brushes

מברשות פולימר Solvated הם ידועים כדי לשמן את אנשי הקשר בלחץ גבוה, כי הם יכולים לקיים את עומס נורמלי חיובי, תוך שמירה על חיכוך נמוך בממשק. אף על פי כן, מערכות אלו יכולות להיות רגישות ללבוש בשל interdigitation של המברשות המנוגדות. בפרסום האחרון, שהראינו באמצעות סימולציות דינמיקה מולקולרית וניסויים מיקרוסקופי כוח אטומיים, כי שימוש במערכת מברשת פולימר immiscible סיום המצע ומשטחי המחוון, בהתאמה, יכול לחסל interdigitation כזה. כתוצאה מכך, ללבוש במגעים מצטמצם. יתר על כן, כוח החיכוך הוא בשני סדרי הגודל נמוך יותר בהשוואה למערכות מברשת פולימר בליל מסורתית. מערכת זו מוצעת חדשה ולכן בעל פוטנציאל גדול ליישום בתעשייה. כאן, מתודולוגיה לבניית מערכת מברשת פולימר immiscible של שתי מברשות שונות בכל solvated ידי הממס המועדף שלהם מוצגת. ההליך כיצד להרכיב pOly (-isopropylacrylamide N) (PNIPAM) מ( methacrylate מתיל) משטח ופולי שטוחים (PMMA) מבדיקה במיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) colloidal מתואר. PNIPAM הוא solvated במים וPMMA בacetophenone. באמצעות מדידות AFM כוח החיכוך, הוא הראה כי החיכוך למערכת זו מצטמצם אכן בשני סדרי גודל בהשוואה למערכת בליל של PMMA על PMMA solvated בacetophenone.

איור 4 מראה עקבות כוח AFM נציג על הזזה שני בליל ומערכות מברשת פולימר immiscible. F כוח החיכוך הוא מנורמל על ידי כוח החיכוך במצב יציב הזזה SYM F עבור סימטרי, מערכת בליל. גובה המברשת הנפוח בניסויים אלה היה 1,010 ננומטר לPMMA 532 ננומטר ולPNIPAM. עקבות הכוח נלכדות לאחר ביצוע ההליך המתואר בסעיף הפרוטוקול. בניסויים אלו פני השטח הועברו הלוך ושוב עם v מהירות של 80 מיקרומטר / sec בעת החלת עומס רגיל של 30 NN. ההבדל בכוח חיכוך ל( פנל משמאל) בליל ומערכות מברשת immiscible (מימין פנל) יכול להיות שנצפה באופן ברור. כוח חיכוך המצב היציב בלוח השמאלי הוא גבוה יותר מאשר 90x כוח חיכוך המצב היציב בפנל ימני. למערכת immiscible כוח החיכוך שנמדד הוא בדרך כלל 0.5-2% מכוח החיכוך f נמדדאו המערכת בליל. למרות הפחתת החיכוך המדויקת תלויה בצפיפות ההשתלה, התואר של פילמור, הסכום של ממס, ו( חלש) בעומס הרגיל ומהירות החלקה, זה תמיד סביב שני סדרי הגודל. אם תגדיל את מהירות החלקה למערכת שתוארה לעיל על ידי 5 (עד 400 מיקרומטר / sec) גורם, הפחתת החיכוך יורדת ב -2%. אם תגדיל את העומס הרגיל על ידי גורם 10 (300 NN), הפחתת החיכוך יורדת ב -3%. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig1highres.jpg" /> איור 1. סקיצה סכמטי של ההתקנה. לוח שמאלי מציג את המערכת בליל, שבו אותו הפולימרים מורכבים מהמשטח וקולואיד. מברשות solvated בנוזל אחד-שלב. הפנל הימני מראה מערכת immiscible של שתי מברשות פולימר שונות. כל מברשת solvated בנוזל המועדף משלו. במסורתימערכות ליל הפולימרים של המברשות הפוכות חופפות. למערכת immiscible, מברשות הפוכות לא interdigitate חיכוך כזה ושללבוש במהלך הזזה מצטמצמת. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig2highres.jpg" width="700px" /> איור 2. סקיצה סכמטי של מדגם הליך ההכנה כפי שתואר בסעיף הפרוטוקולים. משמאל לימין מראה את ההליך של הכנת מברשת באמצעות תצהיר יוזם ופילמור העברת אטום משטח יזם הרדיקלי (SI ATRP). נתיב () מתאר את המברשות מורכבים ממשטחי סיליקון, (B) מברשות מורכבים ממשטחי זהב מצופה סיליקון ומברשות (C) מורכבים מקולואידים זהב על בדיקות מיקרוסקופ כוח אטומי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52285/52285fig2highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה באל</a>גרסת arger של נתון זה. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig3highres.jpg" /> איור 3. ספקטרום FTIR של PMMA (הכחול) וPNIPAM (ירוק) מברשות על סיליקון (קווים עבים) וזהב (קווים דקים). הנתונים נלקחו מSuppl. מחצלת. של Ref. 22. wavenumbers PMMA (סנטימטר - 1): 3,050-2,990 (רטט מתיחת CH), 1,730 C = O (רטט מתיחת קשר כפול), 1,450 (CH 3 CH 2 ורטט עיוות), 1,260-1,040 רטט קשר יחיד COC מתיחה ( ), 880-960 (COC רטט עיוות קשר יחיד). ב1,730 סנטימטר - 1 שיא רטט המתיחה האופייני ל= קבוצת O C ניכר wavenumbers PNIPAM (-1 סנטימטר): 3289 (סימטרי NH ורטט מתיחה סימטרי), 3,078, 2,971, 2933, 2874 (CH א-סימטרי והסימטרי מתיחה. רטט ב-CH &lt;sub&gt; 2 -), 1,635 (C = O רטט מתיחה), 1,535 (אמיד II), עיוותי כיפוף 1,458 (א-סימטרי CH), עיוותי כיפוף 1,386 (סימטרי CH), 1,366-1,170 (תנודות מתיחה סימטריות CN). ב1,635 ו1,535 סנטימטר - 1 פסגות רטט מתיחה אופייניות לקבוצה אמיד ניכרים. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/52285/52285fig4highres.jpg" width="700px" /> איור 4. בממוצע, מסונן והחליק עקבות תוקף עם הזזה בליל (משמאל) ו( מימין) מערכות immiscible (מנוכה מRef. 22). המשטח נע הלוך ושוב ב -40 מיקרומטר בסריקה-שיעור 1 הרץ ו עומס רגיל של 30 NN.

Watch this Scientific Journal Video about Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes at JoVE.com

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

מדידות הכנה וחיכוך מיקרוסקופית כוח של immiscible, המתנגדות למברשות פולימר

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

preparation-friction-force-microscopy-measurements-immiscible

Research

JoVE Journal

Engineering

13.9K Views.  Forschungszentrum Jülich. The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

Video: Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

מיקרוסקופית כוח האטומי של אורות אדומים קולטני אור שימוש במיפוי PeakForce כמותי nanomechanical נכס

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown that when operated in amplitude-modulation (tapping) mode, atomic or molecular-level resolution images can be achieved over a wide range of soft and hard samples in liquid. In these situations, small oscillation amplitudes (SAM-AFM) enhance the resolution by exploiting the solvated liquid at the surface of the sample. Although the technique has been successfully applied across fields as diverse as materials science, biology and biophysics and surface chemistry, obtaining high-resolution images in liquid can still remain challenging for novice users. This is partly due to the large number of variables to control and optimize such as the choice of cantilever, the sample preparation, and the correct manipulation of the imaging parameters. Here, we present a protocol for achieving high-resolution images of hard and soft samples in fluid using SAM-AFM on a commercial instrument. Our goal is to provide a step-by-step practical guide to achieving high-resolution images, including the cleaning and preparation of the apparatus and the sample, the choice of cantilever and optimization of the imaging parameters. For each step, we explain the scientific rationale behind our choices to facilitate the adaptation of the methodology to every user's specific system.

We present a method for achieving sub-nanometer resolution images with amplitude-modulation (tapping mode) atomic force microscopy in liquid. The method is demonstrated on commercial atomic force microscopes. We explain the rationale behind our choices of parameters and suggest strategies for resolution optimization.

הדמיה ברזולוציה משנה ננומטר עם מיקרוסקופית כוח אטומי משרעת אפנון בנוזל

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

ייצור ואפיון של ואקום שהופקדו דיודות פולטות אור אורגני

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry application was found in the automotive industry in 2003 for the aluminum alloy that was used in the rear doors of automobiles. Friction stir spot welding is mostly used in Al alloys to create lap joints. The benefits of friction stir spot welding include a nearly 80% melting temperature that lowers the thermal deformation welds without splashing compared to resistance spot welding. Friction stir spot welding includes 3 steps: plunging, stirring, and retraction. In the present study, other materials including high strength steel are also used in the friction stir welding method to create joints. DP780, whose traditional welding process involves the use of resistance spot welding, is one of several high strength steel materials used in the automotive industry. In this paper, DP780 was used for friction stir spot welding, and its microstructure and microhardness were measured. The microstructure data showed that there was a fusion zone with fine grain and a heat effect zone with island martensite. The microhardness results indicated that the center zone exhibited a greater degree of hardness compared with the base metal. All data indicated that the friction stir spot welding used in dual phase steel 780 can create a good lap joint. In the future, friction stir spot welding can be used in high-strength steel welding applied in industrial manufacturing processes.

Here, we present a friction stir spot welding (FSSW) protocol on dual phase 780 steel. A tool pin with high-speed rotation generates heat from friction to soften the material, and then, the pin plunges into 2 sheet joints to create the lap joint.

יצירת מפרקים הברכיים באמצעות חיכוך מערבבים ריתוך ספוט על DP780 פלדה

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry ...

X-ray Beam Induced Current Measurements for Multi-Modal X-ray Microscopy of Solar Cells

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is employed simultaneously with other techniques within a multi-modal X-ray microscopy approach. An example is given herein combining XBIC with X-ray fluorescence to enable point-by-point correlations of the electrical performance with chemical composition. For the highest signal-to-noise ratio in XBIC measurements, lock-in amplification plays a crucial role. By this approach, the X-ray beam is modulated by an optical chopper upstream of the sample. The modulated X-ray beam induced electrical signal is amplified and demodulated to the chopper frequency using a lock-in amplifier. By optimizing low-pass filter settings, modulation frequency, and amplification amplitudes, noise can efficiently be suppressed for the extraction of a clear XBIC signal. A similar setup can be used to measure the X-ray beam induced voltage (XBIV). Beyond standard XBIC/XBIV measurements, XBIC can be measured with bias light or bias voltage applied such that outdoor working conditions of solar cells can be reproduced during in-situ and operando measurements. Ultimately, the multi-modal and multi-dimensional evaluation of electronic devices at the nanoscale enables new insights into the complex dependencies between composition, structure, and performance, which is an important step towards solving the materials&#39; paradigm.

A setup for X-ray beam induced current measurements at synchrotron beamlines is described. It unveils the nanoscale performance of solar cells and extends the suite of techniques for multi-modal X-ray microscopy. From wiring to signal-to-noise optimization, it is shown how to perform state-of-the-art XBIC measurements at a hard X-ray microprobe.

קרן רנטגן המושרה מדידות נוכחיות עבור מיקרוסקופית רנטגן רב-מודאליים של תאים סולאריים

X-ray beam induced current (XBIC) measurements allow mapping of&#160;the nanoscale performance of electronic devices such as solar cells. Ideally, XBIC is ...

Hydrogen Charging of Aluminum using Friction in Water

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high amounts of hydrogen into aluminum based on the chemical reaction between water and non-oxide coated aluminum.

In order to introduce high amounts of hydrogen in aluminum and aluminum alloys, a new method of hydrogen charging was developed, called the friction in water procedure.

מימן טעינה של אלומיניום באמצעות חיכוך במים

A new method of hydrogen charging of aluminum was developed by means of a friction in water (FW) procedure. This procedure can easily introduce high ...

Co-localizing Kelvin Probe Force Microscopy with Other Microscopies and Spectroscopies: Selected Applications in Corrosion Characterization of Alloys

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin probe, both of which measure the Volta potential difference (VPD) between an oscillating probe tip and a sample surface by applying a nulling voltage equal in magnitude but opposite in sign to the tip-sample potential difference. By scanning a conductive KPFM probe over a sample surface, nanoscale variations in surface topography and potential can be mapped, identifying likely anodic and cathodic regions, as well as quantifying the inherent material driving force for galvanic corrosion.
Subsequent co-localization of KPFM Volta potential maps with advanced scanning electron microscopy (SEM) techniques, including back scattered electron (BSE) images, energy dispersive spectroscopy (EDS) elemental composition maps, and electron backscattered diffraction (EBSD) inverse pole figures can provide further insight into structure-property-performance relationships. Here, the results of several studies co-localizing KPFM with SEM on a wide variety of alloys of technological interest are presented, demonstrating the utility of combining these techniques at the nanoscale to elucidate corrosion initiation and propagation.
Important points to consider and potential pitfalls to avoid in such investigations are also highlighted: in particular, probe calibration and the potential confounding effects on the measured VPDs of the testing environment and sample surface, including ambient humidity (i.e., adsorbed water), surface reactions/oxidation, and polishing debris or other contaminants. Additionally, an example is provided of co-localizing a third technique, scanning confocal Raman microscopy, to demonstrate the general applicability and utility of the co-localization method to provide further structural insight beyond that afforded by electron microscopy-based techniques.

Kelvin probe force microscopy (KPFM) measures surface topography and differences in surface potential, while scanning electron microscopy (SEM) and associated spectroscopies can elucidate surface morphology, composition, crystallinity, and crystallographic orientation. Accordingly, the co-localization of SEM with KPFM can provide insight into the effects of nanoscale composition and surface structure on corrosion.

לוקליזציה משותפת של מיקרוסקופיית כוח הגשושית קלווין עם מיקרוסקופיות וספקטרוסקופיות אחרות: יישומים נבחרים באפיון קורוזיה של סגסוגות

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin ...

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force microscopy (AFM) probe whose tip has been magnetized vertically (i.e., perpendicular to the probe cantilever) is oscillated at a fixed height above the sample surface. The resultant shifts in the oscillation phase or frequency, which are proportional to the magnitude and sign of the vertical magnetic force gradient at each pixel location, are then tracked and mapped. Although the spatial resolution and sensitivity of the technique increases with decreasing lift height above the surface, this seemingly straightforward path to improved MFM images is complicated by considerations such as minimizing topographical artifacts due to shorter range van der Waals forces, increasing the oscillation amplitude to further improve sensitivity, and the presence of surface contaminants (in particular water due to humidity under ambient conditions). In addition, due to the orientation of the probe's magnetic dipole moment, MFM is intrinsically more sensitive to samples with an out-of-plane magnetization vector. Here, high-resolution topographical and magnetic phase images of single and bicomponent nanomagnet artificial spin-ice (ASI) arrays obtained in an inert (argon) atmosphere glovebox with &lt;0.1 ppm O2 and H2O are reported. Optimization of lift height and drive amplitude for high resolution and sensitivity while simultaneously avoiding the introduction of topographical artifacts is discussed, and detection of the stray magnetic fields emanating from either end of the nanoscale bar magnets (~250 nm long and &lt;100 nm wide) aligned in the plane of the ASI sample surface is shown. Likewise, using the example of a Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy (MSMA), MFM is demonstrated in an inert atmosphere with magnetic phase sensitivity capable of resolving a series of adjacent magnetic domains each ~200 nm wide.

Magnetic force microscopy (MFM) employs a vertically magnetized atomic force microscopy probe to measure sample topography and local magnetic field strength with nanoscale resolution. Optimizing MFM spatial resolution and sensitivity requires balancing decreasing lift height against increasing drive (oscillation) amplitude, and benefits from operating in an inert atmosphere glovebox.

אופטימיזציה של רזולוציה ורגישות מיקרוסקופית כוח מגנטי כדי להמחיש תחומים מגנטיים בקנה מידה ננומטרי

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...

Atomic Force Microscopy Cantilever-Based Nanoindentation: Mechanical Property Measurements at the Nanoscale in Air and Fluid

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by the probe tip and its contact area with the sample can be quantified, it is possible to determine the nanoscale mechanical properties (e.g., elastic or Young&#39;s modulus) of the surface being probed. A detailed procedure for performing quantitative AFM cantilever-based nanoindentation experiments is provided here, with representative examples of how the technique can be applied to determine the elastic moduli of a wide variety of sample types, ranging from kPa to GPa. These include live mesenchymal stem cells (MSCs) and nuclei in physiological buffer, resin-embedded dehydrated loblolly pine cross-sections, and Bakken shales of varying composition.
Additionally, AFM cantilever-based nanoindentation is used to probe the rupture strength (i.e., breakthrough force) of phospholipid bilayers. Important practical considerations such as method choice and development, probe selection and calibration, region of interest identification, sample heterogeneity, feature size and aspect ratio, tip wear, surface roughness, and data analysis and measurement statistics are discussed to aid proper implementation of the technique. Finally, co-localization of AFM-derived nanomechanical maps with electron microscopy techniques that provide additional information regarding elemental composition is demonstrated.

Quantifying the contact area and force applied by an atomic force microscope (AFM) probe tip to a sample surface enables nanoscale mechanical property determination. Best practices to implement AFM cantilever-based nanoindentation in air or fluid on soft and hard samples to measure elastic modulus or other nanomechanical properties are discussed.

מיקרוסקופ כוח אטומי ננו-הזחה מבוססת Cantilever: מדידות תכונות מכניות בקנה מידה ננומטרי באוויר ובנוזל

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by ...

Determination of the Friction Coefficients of Icy Pavements Under Different Amounts of Snowfall

Ice on road surfaces can lead to a significant decrease in the friction coefficient, thus endangering driving safety. However, there are still no studies that provide exact friction coefficient values for pavements covered in ice, which is detrimental to both road design and the selection of winter road maintenance measures. Therefore, this article presents an experimental method to determine the friction coefficient of icy road surfaces in the winter. A British portable tester (BPT), also known as a pendulum friction coefficient meter, was employed for the experiment. The experiment was divided into the following five steps: the preparation of the equipment, the calculation and analysis of the snowfall, equipment calibration, friction coefficient determination, and data analysis. The accuracy of the final experiment is directly affected by the equipment accuracy, which is described in detail. Moreover, this article suggests a method for calculating the ice thickness for corresponding amounts of snowfall. The results illustrate that even patchy ice formed by very light snowfall may lead to a significant decrease in the friction coefficient of the pavement, thus endangering driving safety. Additionally, the friction coefficient is at its peak when the ice thickness reaches 5 mm, meaning protection measures should be taken to avoid the formation of such ice.

Here, we present a method for determining the friction coefficient of pavements with different ice thicknesses indoors. The complete procedure includes the preparation of the equipment, the calculation and analysis of the snowfall, equipment calibration, friction coefficient determination, and data analysis.

קביעת מקדמי החיכוך של מדרכות קפואות תחת כמויות שונות של שלג

Ice on road surfaces can lead to a significant decrease in the friction coefficient, thus endangering driving safety. However, there are still no studies ...