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生活在一个色彩斑斓的世界,我们每天都会接触到丰富多彩的颜色,比如街头的汽车就呈现了不同的绚丽色彩。我们有没有想过为什么汽车会有那么多不同的色彩呢?这一方面当然是由于消费者不同的喜爱,另一方面,从制作工艺来说,是因为在钢板外不同的面漆材料所致。严格来说,汽车外观颜色的不同,是由于其面漆中色漆部分不同的颜料填料所致。
色漆分为素色漆、金属漆和珠光漆三大类。其中金属漆外观上闪闪发光,甚至从不同角度会有色泽渐变,因此是目前流行的一种汽车烤漆。金属漆颜料可以通过SiOx包裹金属颗粒来达到增加光泽度、色彩丰满度等效果,其中金属颗粒的尺寸长1~200微米,宽1~200微米,厚0.01~5微米,呈板条状,包覆层介于10~500纳米间。除此之外,金属漆的树脂层也需要添加填料增加其附着力、流平性和稳定性,使其能与清漆和底漆(或中涂漆)间产生良好的结合力以延长面漆寿命。对于研发部门来说,需要通过各种实验手段将微观与宏观的性质关联,以指导其材料设计或工艺参数。扫描电镜可用于观察样品的设计结构是否与预期一致,而能谱则用于观察在此范围内元素的添加是否正常。
以下就是一款色漆中的局部形貌与元素面分布情况。由于金属颗粒非常薄,其外的包裹层也很薄,因此该样品是包埋后经超薄切片处理的透射样。对于这一类样品,我们通过扫描电镜中的STEM探头可以获得更好的分辨率,也可以获取类似于明场或暗场像的衬度。此处获取的STEM-BF可以清晰的观察到~500nm的金属颗粒(中间黑色部分)和长度~300nm宽度8~60nm的分布不均的填料,单从电子图像中无法观察到金属颗粒外的包覆层。通过能谱分析,可以确认中间的金属颗粒为Al,不均匀分布在树脂中的填料富含氧(O)和A、B两种元素(应样品提供者要求,A、B两种元素匿名);除此之外,还在金属颗粒与树脂间观察到了富含Si和O的细线,这即是上文中提到的SiOx包覆层。
牛津仪器纳米分析部近年来推出的Ultim Extreme具有操作简单灵活、对低含量及轻元素敏感、适配各种探测器(STEM、EBSD和BSD)等特点,可以应用于更多材料,帮助研究者了解材料内部的元素构成及分布,建立更全面的微观—宏观联系。
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