碳纳米管原子力显微镜针尖及其在生物学研究中的应用

碳纳米管是制作原子力显微镜针尖的理想材料，这是由于碳纳米管具有很小的半径，较高的纵横比，高的柔软性能，独特的化学结构和确定的电子特性，运用碳纳米管针尖成功地获得了免疫球蛋白和单个蛋白分子等的高分辨率结构图像。     

原子力显微镜探针针尖修饰的研究进展

介绍了当前几种AFM探针针尖修饰技术,以及它们在高分子材料、生物材料、微观摩擦学、粘附力、纳米级电化学、碳纳米管及纳米加工方面的研究进展。AFM探针针尖修饰的目的主要是:提高扫描图像分辨率,其分辨率可达纳米或亚纳米级别;用力曲线探究特定基团间的相互作用,定量分析端基与端基之间、分子链与分子链之间及端基与分子链之间的相互作用力,避免针尖对生物样品表面的损坏;对分子材料结构进行修饰,特别是在生物细胞、DNA分子链上及分子识别;避免Si或Si3N4针尖与表面硬度较大的样品直接接触,延长探针针尖的使用寿命。在研究天然橡胶硫化的作用机理时,可以用针尖修饰技术来模拟这个过程,探究天然橡胶分子链与单个硫原子的相互作用方式与作用力。通过电化学接枝聚合把高分子接枝在AFM针尖上,为研究单链的弹性力、引起构象转变的力、相互作用的双分子的分离力及特定的官能团的相互作用提供了许多可能性。分析了影响AFM探针针尖修饰的因素,结合材料领域方面的发展,对针尖修饰技术的发展及应用前景做了分析和预测。     

针尖力学——原子力显微镜(AFM)中的纳米力学

原子力显微镜已在材料、医学、生化、精密加工与组装、原子及分子操纵等学科领域内取得了广泛应用。该文以原子力显微镜成像机理与应用研究为背景,提出了针尖力学的概念。介绍了原子力显微镜的应用前沿,阐述了针尖力学的研究方法与研究现状,点明了多学科跨尺度方法在针尖力学研究中的应用前景。     

基于原子力显微镜的碳纳米管焊接

在利用碳纳米管（CNT）制作纳米电子器件时,碳纳米管与金属电极的接触特性将决定器件性能.为此本文提出了一种利用原子力显微镜（AFM）进行碳纳米管焊接的新方法.仿真研究了探针电场的强度与分布,解释了焊接中电场产生的机理,进一步分析了偏压、探针-样品距离与探针悬臂梁偏转位移之间的关系;并通过这些优选的相关实验参数进行了焊接实验验证.实验结果表明,碳纳米管与电极间的接触电阻由2.86×106Ω减小至7.14×105Ω,并可实现碳纳米管在电极上的良好固定.     

原子力显微镜AFM

一、AFM的发展 世界最新型原子力显微镜AFM(Atomic Force Micro-scope)是1986年由电子扫描隧道显微镜STM(ScamningTunneling Microscope)的发明者Binning试制成功的,1990年完成了实用化装置并开始投放市场,目前AFM在世界上的普及速度大大超过了STM。 其理由是STM不能测定绝缘材料,而AFM不但具有与STM同等高的分辨能力,还能直接测定包括绝缘材料在内的各种物质。由于STM能够逐个地识别原子,所以作为显微镜来说是划时代的,但是不能直接测定绝缘物质是它的最大缺点。使用STM测定绝缘物质时,必须     

双探针原子力显微镜针尖对准方法研究

双探针对顶测量可以有效地消除传统原子力显微镜（AFM）的探针形状对关键尺寸（CD）测量的影响。测量前需要将两个探针针尖（A和B）接触到一起作为测量零点,为实现双探针纳米级对准,提出一种渐进式平面扫描方法。首先,通过视觉图像引导两个探针对准到1μm以内。然后,两个探针继续接近,同时探针A在YOZ平面内对探针B扫描成像,并逐步缩小扫描范围和扫描步进,得到其针尖的纳米级坐标（Y_B,Z_B）。最后,将探针A在Y和Z方向分别移动至Y_B和Z_B,在X方向继续接近探针B直至两探针接触。实验证明,该方法可有效地实现双探针对准,且对准精度为10 nm。     

HOPG和云母基底上原子力显微镜的微操作研究

纳米级微操作技术是制造纳米电子器件的技术基础。本文以HOPG和云母为基底，利用原子力显微镜，对碳纳米管团簇进行微操作。由于基底不同，在微操作过程中呈现不同的现象。这为彬纳米机械装配技术的研究作出了有益探索。     

原子力显微镜

1　引　　言1986年 ,为了观察绝缘材料表面的原子图像 ,ＩＢＭ的Ｇ .Ｂｉｎｎｉｎｇ和斯坦福大学的Ｃ .Ｆ .Ｑｕａｔｅ、Ｃ .Ｇｅｒｂｅｒ合作 ,发明了原子力显微镜 (ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ :ＡＦＭ )。当时 ,ＡＦＭ的横向分辨率达到2ｎｍ ,纵向分辨率达到 0 .0 1ｎｍ ,放大倍数高达 10 0万倍以上 ,而且ＡＦＭ对工作环境和样品制备的要求比电镜的低得多 ,因此立即得到了广泛的重视。最早的ＡＦＭ主要是作为观察样品表面形貌的显微镜使用的。由于表面的高低起伏状态能够准确地以数值的形式获取 ,ＡＦＭ也作为检查表面粗…     

原子力显微镜对透明质酸分形结构的研究

利用原子力显微镜研究了浓度分别为0.01 mg/mL、0.1 mg/mL、1 mg/mL的透明质酸(HA)在云母上的自组装形貌,从中得出透明质酸在云母表面生长聚集形成树枝状分形结构是有浓度限制的结论,并对其生长聚集形成树枝状分形结构的作用机理和生长过程进行了研究。透明质酸的树枝状分形结构具有统计意义上的自相似性,属不规则分形结构,与计算机模拟的DLA模型相一致。研究透明质酸的分形结构为研究透明质酸各种存在状态与其生物功能之间的关系提供了有益的帮助。     

原子力显微镜中微悬臂梁/探针横向力的标定

利用微加工制造的微悬臂梁／探针尖已经广泛应用在微观表面性质测试和微纳米尺度加工等领域，成为微纳米研究领域中不可缺少的重要工具．为了能够定量研究原子力显微镜中探针与表面的相互作用力，需要对微悬臂梁／探针的力学性能进行表征．本文简要地论述了原子力显微镜中微悬臂梁的形变光反射原理和探针与表面的接触刚度理论．阐明了微悬臂梁横向力标定的重要性．综述了目前几种微悬臂梁／探针横向力的标定方法、简单的推倒过程和特点、     

用于音叉式原子力显微镜的探针制备

建立了一种电化学腐蚀法钨探针制备系统,通过对电化学腐蚀过程中微弱电流信号的实时检测,实现对腐蚀电路快速通断的自动控制,断电时间0.3 ms。该系统制备出了具有与理想轮廓一致的指数形探针。分析了电解电压、电解液浓度与腐蚀电流的关系,得出腐蚀最佳参数。将石英音叉与钨探针粘接构成原子力显微镜测头,完成了调幅模式下的力曲线测试。实验结果表明:制作的钨探针满足原子力显微镜测头性能要求,音叉信号稳定,能识别10 nm的运动变化,为研制高性能音叉式原子力显微镜提供了实验技术基础。     

Small‐Amplitude Atomic Force Microscopy

Small amplitude Atomic Force Microscopy (AFM) is a relatively new AFM technique which was specifically developed to perform linear measurements of nanomechanical phenomena. This is achieved by using ultra‐small cantilever amplitudes and very high sensitivity deflection sensors. Recently this technique has been used in ultra‐high vacuum (UHV) and liquid environments to measure atomic and molecular forces and dynamics with high precision. Here we focus on three examples which are interesting from a nanoengineering standpoint: Atomic energy dissipation (atomic friction), atomic‐scale contact mechanics, and nanotribology/molecular ordering in confined liquid films.     

Mechanical Reinforcement of Polymers Using Carbon Nanotubes

Owing to their unique mechanical properties, carbon nanotubes are considered to be ideal candidates for polymer reinforcement. However, a large amount of work must be done in order to realize their full potential. Effective processing of nanotubes and polymers to fabricate new ultra‐strong composite materials is still a great challenge. This Review explores the progress that has already been made in the area of mechanical reinforcement of polymers using carbon nanotubes. First, the mechanical properties of carbon nanotubes and the system requirements to maximize reinforcement are discussed. Then, main methods described in the literature to produce and process polymer–nanotube composites are considered and analyzed. After that, mechanical properties of various nanotube–polymer composites prepared by different techniques are critically analyzed and compared. Finally, remaining problems, the achievements so far, and the research that needs to be done in the future are discussed.     

Bottom Effect in Atomic Force Microscopy Nanomechanics

In this work, the influence of the rigid substrate on the determination of the sample Young's modulus, the so‐called bottom‐effect artifact, is demonstrated by an atomic force microscopy force‐spectroscopy experiment. The nanomechanical properties of a one‐component supported lipid membrane (SLM) exhibiting areas of two different thicknesses are studied: While a standard contact mechanics model (Sneddon) provides two different elastic moduli for these two morphologies, it is shown that Garcia's bottom‐effect artifact correction yields a unique value, as expected for an intrinsic material property. Remarkably, it is demonstrated that the ratio between the contact radius (and not only the indentation) and the sample thickness is the key parameter addressing the relevance of the bottom‐effect artifact. The experimental results are validated by finite element method simulations providing a solid support to Garcia's theory. The amphiphilic nature of the investigated material is representative of several kinds of lipids, suggesting that the results have far reaching implications for determining the correct Young's modulus of SLMs. The generality of Garcia's bottom‐effect artifact correction allows its application to every kind of supported soft film.     

碳纳米管的制备及研究

介绍了在直流电弧放电法制备富勒烯过程中，从阴电极表面收集到大量的碳纳米管及巴基葱，产生率达到５０％，并用电子显微镜对其进行了观察和初步研究。     

Opportunities in High‐Speed Atomic Force Microscopy

The atomic force microscope (AFM) has become integrated into standard characterisation procedures in many different areas of research. Nonetheless, typical imaging rates of commercial microscopes are still very slow, much to the frustration of the user. Developments in instrumentation for “high‐speed AFM” (HSAFM) have been ongoing since the 1990s, and now nanometer resolution imaging at video rate is readily achievable. Despite thorough investigation of samples of a biological nature, use of HSAFM instruments to image samples of interest to materials scientists, or to carry out AFM lithography, has been minimal. This review gives a summary of different approaches to and advances in the development of high‐speed AFMs, highlights important discoveries made with new instruments, and briefly discusses new possibilities for HSAFM in materials science.