牙膏是一種復雜的多相體系，包含研磨劑、濕潤劑、粘合劑、發(fā)泡劑和其他添加劑。了解牙膏在不同溫度條件下的微觀結構變化，對于改進產品配方和性能具有重要意義。本實驗使用惠然國產電鏡F4000和由文天精策生產研發(fā)的SEM原位冷熱臺設備，觀察牙膏樣品在不同溫度條件下的微觀結構變化，測試設備的適配性和穩(wěn)定性。

一、樣品制備

將牙膏均勻涂抹在導電膠上，并確保樣品表面光滑無氣泡。樣品必須在低溫測試前充分干燥以避免冷凍過程中產生冰晶。

二、       所需設備  

（1）掃描電子顯微鏡：惠然FE-SEM F4000

（2）SEM原位冷熱臺：SEM原位冷熱臺是一款在掃描電子顯微鏡內，提供樣品原位變溫測試的產品（無需改造電鏡內部結構）。通過定制外接法蘭裝置，操作溫控軟件實現對冷熱臺上樣品的溫控。SEM原位冷熱臺適用于各種樣品的變溫微觀結構研究。支持與現有各種掃描電子顯微鏡（蔡司、國儀量子、惠然等）適配。

三、       實驗方法：

（SEM原位冷熱臺適配電鏡現場照片）

1. 樣品安裝與初始觀察  

  - 樣品固定：將處理后的牙膏樣品固定在冷熱臺樣品臺上，確保樣品與導電膠接觸良好以避免樣品漂移。

  - 室溫初始觀察：在室溫（約25°C）下進行初步SEM觀察，獲取樣品表面的基線圖像。記錄牙膏在常溫下的微觀結構，如顆粒分布、表面紋理等。

2. 低溫測試步驟  

  - 低溫降溫過程：逐步將樣品溫度從室溫降至-130°C，按照每10°C為一個梯度逐步冷卻。每達到一個新的溫度梯度，均使用SEM進行成像，記錄溫度對樣品微觀結構的影響。

  - 定點低溫觀察：在-130°C下，重點觀察牙膏中濕潤劑和研磨劑的相變現象，檢查是否有微裂紋、收縮或其他低溫誘導的結構變化。

  - 升溫恢復觀察：在-130°C下維持一段時間后，逐步將溫度回升至室溫，觀察牙膏樣品在升溫過程中結構是否恢復或產生新的變化。

3. SEM成像  

  - 低溫成像條件：使用低加速電壓（3-5 kV），以減小電子束對低溫樣品的潛在損傷。

  - 成像模式：主要使用二次電子成像模式，以獲取表面微觀結構的高分辨率圖像，并記錄溫度變化對樣品結構的影響。

四、結果與分析

通過本次測試，獲得以下結果：

1. 低溫效應：

  - 微觀結構變化：隨著溫度降低至-130°C，牙膏中的濕潤劑可能表現出相變或凝固現象，導致樣品表面出現細微的收縮紋理或裂紋。這些變化可能是由于水分凍結引起的體積變化或非晶態(tài)成分在低溫下的重新排列。

  - 裂紋形成：部分樣品在極低溫度下（-120°C至-130°C）觀察到細小裂紋，可能由于不同成分的熱膨脹系數差異導致的應力集中。

2. 升溫后的結構恢復：

  - 部分恢復現象：當溫度逐步升回至室溫時，觀察到某些裂紋消失或減小，表明牙膏樣品在溫度回升過程中存在一定程度的結構恢復。然而，一些區(qū)域的表面紋理變化是不可逆的，可能與溫度循環(huán)引起的結構損傷有關。

  - 相變與結晶：濕潤劑在溫度恢復過程中可能重新回到非晶態(tài)，但未恢復至原始形態(tài)，表明低溫處理對牙膏成分的影響具有持久性。

3. 設備適配性測試：

  - SEM成像穩(wěn)定性：在整個溫度范圍內（室溫至-130°C），F4000電鏡的成像質量保持良好，未出現明顯的圖像漂移或分辨率下降，表明原位冷熱臺與F4000電鏡適配性較好。

  - 溫度控制精度：冷熱臺在極低溫度下的溫控精度為±0.1°C，能夠精確控制樣品溫度，確保每個測試階段的結果具有可重復性。

（測試現場）

通過本次實驗，驗證了國產電鏡F4000與SEM原位冷熱臺的適配性，尤其是在定點低溫（-130°C）下的性能表現。實驗結果表明，牙膏樣品在室溫至-130°C范圍內的微觀結構表現出顯著的溫度依賴性，低溫可能導致樣品內部濕潤劑成分的相變、裂紋形成及其他結構變化。升溫過程中部分結構可恢復，但部分變化為不可逆，為牙膏配方改進及耐溫性能研究提供了重要參考數據。同時，本實驗也驗證了國產電鏡F4000搭配SEM原位冷熱臺在定點低溫下的成像穩(wěn)定性及冷熱臺的溫控精度，為后續(xù)研究提供了可靠的技術平臺。