间歇模原子力显微镜非线性振动的数值模拟

1　引　言　　原子力显微镜 (简记为 AFM)是利用其微悬臂梁的机械振动响应于力敏探针和实验样品表面之间的相互作用力来成像的 ,由于具有原子和分子级的分辨率 ,已成为表面成像及材料微结构研究的新工具 ,在科学技术的各种领域获得了广泛的应用 [1-2 ] 。有几种不同模式的 AFM相继被开发使用。在 AFM的接触模工作中 ,其力敏探针始终保持同样品表面相接触 ,力敏探针和样品之间的相互作用力被微悬臂梁位移产生的弹性力所平衡 ,这种接触模式有极高的分辨率 ,但力敏探针上存在横向力 ,对实验样品有较大的损伤 ;在 AFM的非接触模工作中 ,力…     

间歇模原子力显微镜非线性振动的数值模

1 引言 原子力显微镜(简记为AFM)是利用其微悬臂梁的机械振动响应于力敏探针和实验样品表面之间的相互作用力来成像的,由于具有原子和分子级的分辨率,已成为表面成像及材料微结构研究的新工具,在科学技术的各种领域获得了广泛的应用[1-2].有几种不同模式的AFM相继被开发使用.     

直链烷基修饰的疏水氧化石墨烯的制备与表征

利用十二烷基异氰酸酯上异氰酸酯基的高反应活性与氧化石墨烯(GO)上的羟基、羧基进行反应,在氧化石墨烯边缘接枝疏水性的高分子长链制备了直链烷基修饰的疏水氧化石墨烯(C12-GO)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及原子力显微镜(AFM)对已修饰材料的结构和形貌进行了表征,结果表明,长链烷基成功接枝到GO上。与GO相比,经长链烷基修饰的氧化石墨烯呈现出明显的疏水性。     

原子力显微镜用于微尺度材料力学性能表征的研究进展

原子力显微镜(AFM)是纳米科学研究的有力工具。从AFM的原理出发,分析了探针与样品之间作用力的计算过程,介绍了确定悬臂弹性常数的几种方法,并综述了AFM在生物材料、薄膜材料、纳米结构、单分子操作和纳米力学实验中的研究进展。     

炔基化改性聚乙烯醇吸氢材料的制备及吸氢性能表征

以聚乙烯醇(PVA)高分子材料为基体,通过氨基甲酸酯化反应在PVA高分子链上引入炔基形成炔基功能化的高分子,利用核磁共振法对炔基化高分子的分子结构及接枝度进行表征。通过化学还原法制备出炔基化高分子负载纳米钯的复合材料,采用激光粒度仪确定纳米钯粒径分布。同时将不同接枝度炔基功能化的PVA和Pd/C催化剂,按照一定的比例采用研磨法制备出吸氢材料。利用PVT法对上述所有的吸氢材料的吸氢性能进行了研究。结果表明,氨基甲酸酯化改性PVA接枝度高的炔基化高分子与Pd/C混合研磨后的吸氢材料的吸氢效果最好,吸氢容量为0.8893 mol/kg。     

近场光镊与AFM探针复合的光阱力分析

本文针对纳米材料的纳米操作,提出了一种复合激光近场光镊与AFM探针进行纳米操作的方法,并基于动量守恒原理,采用三维时域有限差分方法建立了该方案中激光近场对纳米微粒的作用力模型,分析了各轴向光阱力的分布情况,讨论了两探针间距离、针尖材料的电导率、入射平面光场的偏振方向、入射角和波长等参数对近场光阱力的影响.结果表明:位于...     

用于微等离子体无掩膜刻蚀的微悬臂梁探针的设计和加工

设计了一种用于微等离子体无掩膜刻蚀加工的微悬臂梁探针结构,即将微等离子体放电器集成在SiO2悬臂梁探针端部的空心针尖上,等离子体从针尖处的纳米孔导出,以实现高精度、高效率的无掩膜扫描刻蚀加工.设计了该悬臂梁探针的加工工艺流程,即对(100)硅片进行各向异性湿法刻蚀得到倒金字塔槽,并双面氧化,然后依次沉积并图形化微放电器的上、下电极和绝缘层,最后背面释放出带空心针尖的SiO2悬臂梁,并加工出针尖尖端的纳米孔.成功制作出质量良好、具有很高成品率的带薄壁空心针尖的SiO2悬臂梁探针阵列及倒金字塔型微放电器.实验结果表明,该微放电器能在3～15 kPa的SF6气体中稳定放电,为悬臂梁探针阵列和微放电器的工艺集成以及Si基材料的无掩膜扫描刻蚀加工奠定基础.     

基于最小作用量原理的纳米颗粒操作建模研究

进行了用原子力显微镜(AFM)推动纳米颗粒的研究,以解决因探针推动力方向受针尖形貌影响很难建立有效的操作模型,导致纳米颗粒操作不稳定,操作结果不可控的问题。为了预测AFM推动纳米颗粒后颗粒的位置,基于最小作用量原理,对操作纳米颗粒过程中的作用力进行了分析;考虑了探针针尖与纳米颗粒之间接触点上推动方向对操作力的影响,对纳米颗粒操作进行了建模。根据建立的操作模型,仿真模拟了纳米颗粒推动后颗粒的运动轨迹。最后通过多次试验进行了验证,试验数据表明该操作模型可以有效地预测纳米颗粒推动后的位置,提高了操作效率。     

利用典型Si(100)微结构对原子力显微镜探针参数进行表征

利用各向异性化学湿法刻蚀工艺在Si(100)上加工了具有本征侧墙角(54.73°)的典型微机电系统(MEMS)梯形结构.用该微结构作为线宽测试结构,对其进行了原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)线宽和轮廓的比对测量.并对AFM探针和样品耦合效应进行了研究,提出了AFM探针参数动态表征的模型,基于几何模型对线宽和轮廓测量中探针针尖形状和针尖位置参数进行了表征,提出了用曲率半径、安装倾角、扫描倾角和针尖半顶角来对原子力显微镜探针针尖进行表征.该方法是对现有AFM探针表征模型的改进和完善.     

以γ-氯丙基三甲氧基硅烷作活化剂的季胺盐抗菌纳米SiOx粉体的制备

用γ-氯丙基三甲氧基硅烷作活化剂,在纳米SiOx表面接枝高分子聚乙烯亚胺(PEI)长链,然后用卤代烷把PEI修饰成高分子季铵盐,制备具有抗菌功能的纳米SiOx.并对制备过程进行了优化.     

蘸水笔刻蚀技术（DPN） 的机理与进展

蘸水笔刻蚀（dip-pen nanolithography ,DPN）技术是近年来发展起来的基于原子力显微镜（AFM）的一种 扫描探针加工技术,有着广泛的应用前景。蘸水笔技术的刻蚀过程包括AFM 针尖对墨水分子的吸附、针尖与 基底间弯月液桥的形成、墨水分子在液桥中的传输、墨水分子在基底的扩散等四个阶段,并受温度、湿度、针 尖、扫描速度等多种因素的影响。文章具体分析了蘸水笔技术在不同阶段的作用机理,综合介绍了蘸水笔刻 蚀技术在近年来的进展,包括电化学DPN 技术、DPN 的多种加工模式、DPN 的复合加工及多探针的DPN 加工 等;分析了DPN的加工特点及其应用。     

适用于TERS系统的金修饰钨丝探针制备和研究

提出了一种适用于针尖增强拉曼光谱(TERS)系统的金修饰钨丝探针,研究了其制备方法。有限元仿真设计了针尖的形状为内弧形针尖,并进行二氧化硅粘结层和金颗粒外层双镀膜结构纳米修饰;通过调节实验室自主研制的电化学腐蚀探针装置的溶液浓度、电机位移和浸入深度制备符合形状要求的钨丝针尖;在此基础上,通过电感耦合等离子体化学气相沉积技术(ICP-CVD)进行二氧化硅涂层镀制,电子束加热物理气象沉积技术(EB-PVD)进行金涂层镀制。最终完成该探针制备,双层镀膜后针尖曲率半径达30~80nm,可用于TERS研究。     

原子力显微镜在高分子薄膜领域的应用

介绍了原子力显微镜(AFM)在高分子薄膜领域中的最新应用技术。在定位观察薄膜时,可采用碳纳米管定位法以及针尖打孔定位法对所观察的样品进行定位,该方法可实现对样品进行离位处理之后再次精确定位。在测量高分子薄膜厚度时,可采用针尖打孔法和漂膜法通过制备断面台阶利用AFM精确测量薄膜厚度。基于特殊相分离形貌的嵌段共聚物薄膜,可采用AFM针尖对其表面进行锻造纳米加工。这些技术拓展了AFM在聚合物薄膜表征以及纳米加工等领域的应用。     

脉冲激光法原位制备纳米二氧化硅杂化聚苯胺研究

用脉冲激光轰击法连续制备聚苯胺原位修饰的纳米二氧化硅,通过溶剂转换的方法,制备得到聚苯胺/纳米二氧化硅杂化薄膜材料,用标准四探针电性能测试,TEM、UV-Vis、TG、XRD、XPS等手段对其进行表征,探讨了纳米二氧化硅的加入对聚苯胺热、电方面产生的影响,结果表明,用本方法制备的纳米二氧化硅具有较小粒径,不团聚,能较好地分散于聚苯胺中与之形成杂化材料,纳米二氧化硅与聚苯胺分子链存在强烈的相互作用,破坏了聚苯胺的规整堆积,导致其热分解温度下降,导电载流子的浓度及迁移率减少,电导率值下降,而抗氧化性有所提高。     

基于开尔文探针力显微镜的纳米复合材料次表面成像分析

针对聚合物纳米复合材料次表面结构高分辨无损检测的需求,应用开尔文探针力显微镜(KPFM)对聚合物中导电填充物进行次表面纳米成像.首先,建立探针-纳米颗粒-基质体系的静电相互作用理论模型,分析聚合物中金属颗粒检测的成像机理;其次,通过有限元软件模拟并结合理论模型,系统研究针尖与样品间距、针尖半径等因素的影响;最后,制作聚合物和碳纳米管复合材料样品并进行基于KPFM的内部碳纳米管成像实验验证.结果表明:当针尖半径大约为1.5倍颗粒直径、间距较小时,成像效果较好;相较而言,探针锥角对成像结果影响不显著;KPFM对相对介电常数在3~10之间、颗粒直径越大、掩埋深度越小的内部纳米颗粒成像效果越好.     

不同端基官能团PEG与聚丙烯接枝马来酸酐的接枝反应

利用羟基与对甲苯磺酰氯和邻苯二甲酰亚胺钾的分步反应或者与二异氰酸酯的反应,将聚乙二醇单甲醚(MPEG)的端羟基分别转化为端氨基和端异氰酸酯基。将带有端羟基、端胺基和端异氰酸酯基的MPEG分别与聚丙烯接枝马来酸酐(MPP)反应,制备聚丙烯/聚乙二醇接枝共聚物,并比较不同体系的动力学。MPEG端基官能团与MPP链上马来酸酐的反应活性顺序为:-NCO>-NH2>-OH。在端异氰酸酯基MPEG与MPP反应体系中,随n(NCO)/n(MAH)增大,PEG接枝率增大;随MPEG分子量增大,接枝到PP链上的PEG支链数目减少。     

石墨烯/多壁碳纳米管复配改性对天然橡胶复合材料应变传感性能的影响

通过溶液共混法将不同配比的石墨烯/多壁碳纳米管（GE/MWCNT）添加到天然橡胶（NR）中,制备了具有电阻-应变响应特性的GE/MWCNT/NR复合材料。利用场发射扫描电镜（FE-SEM）表征了纳米碳填料在NR基体中的分散情况,研究了不同GE和MWCNT配比对材料力电性能的影响规律,通过傅里叶变化红外光谱分析了NR复合材料中纳米碳填料与基体之间的相互作用。结果表明,GE与MWCNT以及橡胶分子链之间的结合力促进了填料在基体中的分散,使复合材料的电阻/应变响应稳定性、灵敏性以及单调性明显优于不含GE的材料,并确定了GE与MWCNT复配比为1:1时,材料各项性能最优。     

石墨烯/多壁碳纳米管复配改性对天然橡胶复合材料应变传感性能的影响EI

通过溶液共混法将不同配比的石墨烯/多壁碳纳米管(GE/MWCNT)添加到天然橡胶(NR)中,制备了具有电阻-应变响应特性的GE/MWCNT/NR复合材料。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)表征了纳米碳填料在NR基体中的分散情况,研究了不同GE和MWCNT配比对材料力电性能的影响规律,通过傅里叶变化红外光谱分析了NR复合材料中纳米碳填料与基体之间的相互作用。结果表明,GE与MWCNT以及橡胶分子链之间的结合力促进了填料在基体中的分散,使复合材料的电阻/应变响应稳定性、灵敏性以及单调性明显优于不含GE的材料,并确定了GE与MWCNT复配比为1:1时,材料各项性能最优。     

基于AFM氮化硅探针刻蚀方法制作聚碳酸酯纳米光栅

基于原子力显微镜(AFM)探针的纳米机械刻蚀技术以其成本低、分辨率高的优势被广泛应用于各种纳米元器件的制造中.为了得到最优的光栅结构,首先通过单次刻蚀实验定量分析了刻蚀方向、加载力和刻蚀速率等3个主要加工参数对所得纳米沟槽形貌和尺寸的影响,给出了普通氮化硅探针对聚碳酸酯(PC)的加工特性及加工效率.然后通过改变沟槽间距(100~500 nm)得到了不同周期的纳米光栅结构,并确定了这种探针与样品的组合对间距的要求及最佳加工参数:沿垂直于微悬臂长轴向右刻蚀,加载力2.3μN,刻蚀速率2.6μm/s.最后利用该技术对实验室已有原子光刻技术所得周期为213 nm的一维Cr原子光栅结构进行了复制加工,得到了均匀的213 nm一维光栅,证明这种基于AFM探针的纳米机械刻蚀技术可被广泛应用于纳米加工.     

聚合物—聚合物相互作用的反气相色谱研究

用反气相色谱法在50、60、70℃下研究了端羟基聚丁二烯(HTPB)与天然橡胶间的热力学相互作用,并计算了两种聚合物的表观相互作用参数x′_(23)。结果表明,在所研究的温度范围内,HTPB与天然橡胶间有较强的相互作用,溶混性较好;随着温度升高,相互作用减弱,溶混性降低;x′_(23)值与所用探针分子种类有关。