一种新的聚合物链三维取向成像测量技术

在某些材料中，分子以规则的重复模式排列。在其他情况下，它们都指向随机方向。但在用于医药、计算机芯片制造和其他行业的许多先进材料中，分子以复杂的模式排列，决定了材料的特性。

科学家们还没有很好的方法来在微观尺度上测量三个维度的分子取向，这让他们对为什么某些材料的行为方式一无所知。现在，美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员测量了塑料分子构建块(称为聚合物)的3D方向，观察了小至400纳米或十亿分之一米大小的细节。

美国化学学会杂志上描述的测量结果显示聚合物链以复杂和意想不到的方式扭曲和起伏。新的测量是使用增强版的称为宽带相干反斯托克斯拉曼散射或BCARS的技术进行的。

BCARS的工作原理是将激光束照射到一种材料上，使其分子振动并发出自己的光作为响应。这项技术大约十年前在NIST开发，用于识别材料的成分。为了测量分子方向，NIST研究化学家YoungJongLee添加了一个用于控制激光偏振的系统和用于解释BCARS信号的新数学方法。

具体来说，这项新技术测量了400纳米区域内聚合物链的平均取向，以及围绕该平均值的取向分布。这些测量将使科学家能够识别产生他们所寻求的机械、光学和电学特性的分子取向模式。

“了解结构/功能关系确实可以加快发现过程，”李说。

这将有助于研究人员优化动脉支架和人工膝盖等医疗设备中使用的材料。这些装置表面分子的方向有助于确定它们与肌肉、骨骼和其他组织的结合程度。

它还可以帮助增材制造，其中产品是通过3D打印逐层制造的——一种正在改变电子、汽车、航空航天和其他行业的技术。3D打印经常使用聚合物，研究人员也在不断寻找具有更好强度、柔韧性、耐热性和其他性能的新材料。

新的测量技术也可用于优化半导体制造中使用的基于聚合物的超薄膜。随着计算机芯片中的组件变得越来越小——正如摩尔定律所预测的那样——这些薄膜中的分子方向变得越来越重要。