碳纳米管原子力显微镜针尖的研究

本文研究了制作碳纳米管原子力显微镜针尖的方法和过程。在光学显微镜下，通过两个微工作台操纵将纯化后的多壁碳纳米管粘结在传统的原子力显微镜的Si针尖上。运用电蚀的方法优化碳管针尖的长度使其达到高分辨率的要求。我们运用制作的碳纳米管针尖在敲击模式下时G型免疫球蛋白进行扫描成像，结果显示了其典型的Y形结构，这是传统AFM的Si针尖无法获得的。     

针尖扫描原子力显微镜的光点跟踪设计

提出了一种用于针尖扫描原子力显微镜(AFM)的光点跟踪设计方案,结构简单,容易实现。设计方案对扫描器的负载能力要求不高,而且能使原子力显微镜实现较大范围的针尖扫描。实验结果表明,采用此光点跟踪设计方案的针尖扫描原子力显微镜能实现最大100μm×100μm范围的扫描,z方向上的误差最大1 nm,能很好地满足大样品扫描的需要。     

原子力显微镜针尖同接触面的纳米压痕粘着力

建立了原子力显微镜(AFM)针尖同接触面的纳米压痕物理模型；根据Hamaker三个假设和Lennard-Jones势理论，利用连续方法推导出针尖同接触面的纳米压痕粘着力表达式，针对Hamaker常数实验值受环境影响较大，给Hamaker常数的具体应用产生困难的问题，从Lifshitz理论，得出Hamaker常数的近似表达式，并计算了Au、Cu、Al、Ag、Hg的Hamaker常数，计算结果同有关献的实验结果符合，从而为微机械中广泛存在的纳米接触、“微碰”现象研究提供理论基础。     

STM碳纳米管针尖的研究

合成和提纯了单壁碳纳米管（SWCNTs)。使用水溶胶体,SWCNTs被组装在钨（W）针尖上,它可以用作扫描隧道显微镜（STM）的针尖,得到高定向石墨（HOPG）和金（Au)膜表面的原子分辨像,用场发射显微镜（FEM）研究了SWCNTs的场发射特性,得到了原子分辨的场发射图,与计算的（9,9）扶手椅型的SWCNT结构相一致,研究了SWCNTs的电学特性,观察到了负阻特性。     

基于DSP的高速原子力显微镜系统

传统的以PC机为控制核心的AFM(atomic force microscope)越来越无法满足快速成像的要求,具有先进控制系统的高速AFM正成为国内外的一个研究热点.本文介绍了一种以DSP(digital signal processor)为控制核心的AFM系统.在该系统中,自动进针/退针、扫描电压的产生、A/D采样、D/A输出以及数字闭环反馈控制等任务均在DSP控制下完成;在分辨率为512×512时,可以获得行频55 Hz的扫描速度.实验表明,即便在这样高速扫描的情况下,该系统仍具有良好的成像性能.     

原子力显微镜针尖同接触面的纳米压痕粘着力

建立了原子力显微镜(AFM)针尖同接触面的纳米压痕物理模型;根据Hamaker三个假设和Lennard-Jones 势理论,利用连续方法推导出针尖同接触面的纳米压痕粘着力表达式.针对Hamaker常数实验值受环境影响较大,给Hamaker常数的具体应用产生困难的问题,从Lifshitz理论,得出Hamaker常数的近似表达式,并计算了Au、Cu、Al、Ag、Hg的Hamaker常数.计算结果同有关文献的实验结果符合,从而为微机械中广泛存在的纳米接触、"微碰"现象研究提供理论基础.     

原子力显微镜针尖同接触面的纳米压痕粘着力

建立了原子力显微镜(AFM)针尖同接触面的纳米压痕物理模型;根据Hamaker三个假设和Lennard-Jones 势理论,利用连续方法推导出针尖同接触面的纳米压痕粘着力表达式.针对Hamaker常数实验值受环境影响较大,给Hamaker常数的具体应用产生困难的问题,从Lifshitz理论,得出Hamaker常数的近似表达式,并计算了Au、Cu、Al、Ag、Hg的Hamaker常数.计算结果同有关文献的实验结果符合,从而为微机械中广泛存在的纳米接触、"微碰"现象研究提供理论基础.     

应用原子力显微镜对单晶硅进行纳米级加工

以原子力显微镜（AFM）作为加工工具,基于金刚石针尖对单晶硅进行了纳米加工实验,对纳米加工区域特性,材料在不同垂荷荷下的去除机理及切屑形成特征,进行了系统的研究和分析,提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法,在此基础上,应用有限元方法（FEM）对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的作用机制进行了计算仿真。     

海藻酸薄膜表面超微结构的原子力显微镜研究

本文采用原子力显微镜（ＡＦＭ）对海藻酸生物薄膜表面的超微结构进行了实验研究,选择出最佳观察方法。结果发现薄膜上分布不规则的微孔,其长短孔径之比大约为３：２,微孔的中心距为孔径的２倍。     

原子力显微镜在生物力测量中的应用

利用原子力显微镜(AFM)能够实现生物分子间作用力直接测量。本文讨论了利用AFM测量配体-受体之间的相互作用力、细胞粘着力、核酸双链和碱基对氢键间的作用力、运动蛋白之间的作用力、特殊化基团之间的作用力等方法。     

碳纳米管的分子动力学模拟

碳纳米管的纳米级尺寸在很大程度上限制了人们对它的了解、测试与观测，严重地影响了它的发展和应用。因此，必须有简单可行的方法来合理计算、测量碳纳米管的各种特性，计算机模拟无疑是研究这种特殊材料的极佳方法。采用分子动力学模拟的方法，来模拟碳纳米管的物理特性。首先模拟了碳纳米管的热稳定性，发现单壁开口碳纳米管的热稳定性将随着管径的增大而变差，同时开口碳纳米管在真空中保持稳定的极限温度在3000K左右。接着模拟了两根开口碳纳米管的碰撞过程以及成键情况，模拟结果表明在开口端的碳原子非常活跃，极易与其它活性原子成键并且形成新的分子结构，这预示了只要使用一些简单的切割和组合就可以用碳纳米管组成纳微机械；最后对碳纳米管轴承结构的研究显示出碳纳米管之间仅仅存在很小的范德华力，这种独特的特性预示着碳纳米管构成的纳微机械会有卓越的机械特性。     

可控排布碳纳米管及其分析

以单壁和多壁碳纳米管为材料 ,采用液面排布转移技术 ,在经预处理的基底上形成了按一定取向排列的分子层 ,并对其进行了AFM和Raman偏振谱、紫外 可见光到近红外吸收谱等的分析。结果表明采用这一方法制备的碳管排布层中碳纳米管取向一致 ,每次转移的厚度一定。因此可通过一层层的转移来控制制作多层排布结构。采用这种工艺 ,在具有不同电极的基片上沉积纳米材料 ,可制成不同的纳米器件。     

碳纳米管在光限幅中的应用

描述了碳纳米管的结构、特点和应用,介绍了碳纳米管光限幅的效果以及研究进展．并讨论了碳纳米管材料应用于光限幅器件的实现形式及其发展前景。     

碳纳米管FET的研究进展

对碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)的器件性能进行了讨论,并与相应的Si器件进行了比较,结果表明CNTFET对迄今传统器件具有非常竞争力;阐述了利用CNT器件制作的逻辑门电路,显示了CNTFET的集成潜力;最后指出CNTFET面临的挑战是严峻的。     

Carbon Nanotube Fiber Based Stretchable Conductor

Carbon nanotube (CNT) based continuous fiber, a CNT assembly that could potentially retain the superb properties of individual CNTs on a macroscopic scale, belongs to a fascinating new class of electronic materials with potential applications in electronics, sensing, and conducting wires. Here, the fabrication of CNT fiber based stretchable conductors by a simple prestraining‐then‐buckling approach is reported. To enhance the interfacial bonding between the fibers and the poly(dimethylsiloxane) (PDMS) substrate and thus facilitate the buckling formation, CNT fibers are first coated with a thin layer of liquid PDMS before being transferred to the prestrained substrate. The CNT fibers are deformed into massive buckles, resulting from the compressive force generated upon releasing the fiber/substrate assembly from prestrain. This buckling shape is quite different from the sinusoidal shape observed previously in otherwise analogous systems. Similar experiments performed on carbon fiber/PDMS composite film, on the other hand, result in extensive fiber fracture due to the higher fiber flexural modulus. Furthermore, the CNT fiber/PDMS composite film shows very little variation in resistance (≈1%) under multiple stretching‐and‐releasing cycles up to a prestrain level of 40%, indicating the outstanding stability and repeatability in performance as stretchable conductors.     

碳纳米管高温热稳定性与结构的关系

使用分子动力学方法对单壁碳纳米管高温下的结构进行了计算机模拟。对扶手椅结构（10，10）和（20，20）的单壁碳纳米管进行了模拟，结果表明，碳纳米管开关端由于能量弛豫过程，直径比内部略大，在温度逐渐升高之后，构成纳米管的碳原子逐渐偏离晶格位置，小直径的碳纳米管在3000K温度之下结构是稳定的；直径小的碳纳米管的高温热稳定性比直径大的碳纳米管要好。     

基于MEMS工艺的碳纳米管(碳纳米纤维)铜微异型触点

一类为保护MEMS微继电器、提高它们使用寿命,而设计生产的微异型触点.该类微异型触点利用MEMS工艺,对铜基碳纳米管及碳纳米纤维复合电镀层进行细微图形化加工而成.一系列测试表明,铜基碳纳米管及碳纳米纤维复合电镀层本身具有良好的电接触性能,而利用MEMS工艺表面细微图形化加工后的微异型触点,比未经图形化加工的复合电镀层及纯铜触点具有更好耐电弧磨损性能.     

AFM非线性测量的影响因素分析

原子力显微镜（AFM）已经广泛应用于纳米科技领域。为获得准确的测量结果,对AFM非线性进行测量和校正是非常必要的。AFM非线性的测量方法有电容测微仪法、激光干涉法和扫描图像相关分析法等,其中图像相关分析法具有原位和简单等优点。本文应用图像相关方法,对不同漂移速率和扫描面积情况下的非线性测量结果进行实验对比分析。结果表明,漂移速率和扫描面积是影响图像相关法测量AFM非线性准确性的重要因素。     

Crack-Induced Superelastic,Strength-Tunable Carbon Nanotube Sponges

Lightweight strong aerogels have many applications, but they suffer from the trade-off between key mechanical properties, and it remains challenging to realize superelastic aerogels simultaneously possessing high strength and excellent structural recovery. Herein, a strategy to overcome such a problem by designing a carbon nanotube (CNT)-based aerogel consisting of flexible-rigid core-shell structure, which achieve a combination of excellent properties including superelasticity (complete recovery at 90%), high strength (over 12 MPa at 90%) and wide tunability (from 101 kPa to 4.5 MPa at 50% strain), is presented. It is found that the outer rigid but brittle amorphous carbon shells crosslink the CNT cores and crack into orderly distributed segments during the first compression cycle, while the flexible CNT cores ensure the integrity of the overall skeleton and tolerance to large deformation. This designed CNT composite sponges exhibit overall superior mechanical properties than previously reported foams/aerogels, and due to such unique crack-induced superelasticity mechanism, potential applications such as pressure sensors with wide-range tailored sensitivity and high-performance energy absorbers have been developed. This flexible-rigid core-shell synergia may provide further insight for tunable high-strength aerogel design and innovative applications.