分別采用物理吸附（Autosorb iQ）和原子力顯微鏡（Tosca 400 AFM）兩種不同的測量技術(shù)對聚四氟乙烯進(jìn)行表征，分別測量其比表面積和表面形貌。用聚四氟乙烯粉末進(jìn)行比表面積測試，用白色聚四氟乙烯膠帶進(jìn)行表面形貌測試。測試結(jié)果如表1所示。

表1：PTFE測量結(jié)果

使用Autosorb iQ儀器，稱樣量約2 g，樣品管為9mm大球泡樣品管，測試氣體N₂ ，測試溫度77K，用氦氣測量樣品管的自由體積進(jìn)行物理吸附測試。樣品脫氣處理?xiàng)l件為343K脫氣3小時(shí)。在相對壓力（P/P₀）為0.1-0.25范圍內(nèi)取值進(jìn)行比表面積計(jì)算。

切割一塊1cm×1cm大小的聚四氟乙烯膠帶用于AFM測量。Tosca AFM儀器在輕敲模式下操作，以捕捉特征高度和特征相位對比。輕敲模式使用的懸臂為安東帕公司的Arrow-NCR10硅傳感器，標(biāo)稱共振頻率為285 kHz，力常數(shù)為42 N/m。懸臂長度為160 µm，寬度為45 µm。掃描分辨率設(shè)置為400時(shí)的圖像掃描速率為~0.5 Hz。AFM所有的測量都是在室溫環(huán)境下進(jìn)行。

3結(jié)果討論

物理吸附（Autosorb iQ）
通常在恒定溫度下，使用氮?dú)夥肿幼鳛榉肿犹结?，吸附在材料的?nèi)外表面（即N2 77K）。在吸附等溫線的發(fā)生單層吸附的區(qū)域進(jìn)行取值計(jì)算比表面積值。BET理論的詳細(xì)解釋可以在其他相關(guān)文獻(xiàn)中找到[3]。具有良好密封性能的材料通常具有較低的比表面積值（＜10 m2/g）。兩個(gè)PTFE粉末比表面積測試結(jié)果圖如圖3所示，平均值為2.59 m2/g。如此小的比表面積值通常代表材料是非多孔材料，例如PTFE。

圖3：PTFE比表面積圖

原子力顯微鏡（AFM）
AFM可以表征材料的表面形貌和粗糙度，并可以在納米尺度上檢查材料是否有雜質(zhì)或不均勻的存在。PTFE三維表面形貌如圖4所示。PTFE膠帶的RMS粗糙度為170 nm。圖中顯示出聚四氟乙烯膠帶的纖維結(jié)構(gòu)。表面形貌對于了解膠帶的某些性能很重要，例如手感、平滑度、是否含有纖維結(jié)構(gòu)或雜質(zhì)等。

圖4：10 µm×10 µm的AFM三維形貌（正向追蹤），顯示出纖維結(jié)構(gòu)

根據(jù)AFM圖，從垂直于纖維的二維表面輪廓測得纖維的平均寬度和平均高度分別為330 µm和480 µm。
結(jié)合兩種表征技術(shù)，闡明了為什么聚四氟乙烯具有良好的密封性能。低比表面積（低孔隙率）阻礙了氣體或液體的侵入。這種特性與膠帶具有的纖維特性結(jié)合，使膠帶能夠拉伸緊密的包裹縫隙。PTFE的高熔點(diǎn)和低導(dǎo)熱系數(shù)也使它適用于高溫密封。

4結(jié)論

本文展示了如何結(jié)合兩種不同的材料表征技術(shù)（物理吸附和AFM），以得到完整的PTFE膠帶的結(jié)構(gòu)信息。這種組合的表征方法可以擴(kuò)展到其他相似的材料，使材料的物理屬性與應(yīng)用結(jié)合起來。