扫描探针加工和自组装技术相结合的研究进展——表面图形可控的功能纳米结构的制备

随着扫描指针和分子组装技术的快速发展,人们不仅可以在固体表面构建纳米尺度的结构,而且也可以使表面的纳米结构进一步功能化,并且还能够更进一步制备出精确控制的复合功能材料及理想的原型器件.本文在简单介绍扫描探针加工技术和分子自组装膜制备的基础上,总结了原子力显微镜纳米刻蚀和分子组装相结合的最新进展,并着重介绍了具有广泛应用前景和研究进展的构筑纳米刻蚀法和蘸笔水刻蚀法.     

硅基上端基为羧基自组装膜的制备及应用

通过液相硅烷化的方法,在硅基底上制备了端基为氰基的分子自组装膜,利用氰基水解的方法,通过改变水溶液中酸的浓度以及反应温度和反应时间,研究了氰基转化为羧基的过程.红外光谱表征结果显示:表面转化完成后,分子自组装膜在2 250 cm-1处和1 711 cm-1处羧酸中羰基吸收峰的出现,证明自组装膜的端氰基已大部分转化为羧基;同时,表面转化后硅基自组装膜表面对纯水的接触角(31.5°)较端基为氰基的自组装膜的接触角(58.1°)有所减少,说明羧基的生成使表面亲水性增加.利用Ag+和COO-之间的化学吸附和化学试剂的原位还原,在端基为羧基的自组装膜表面组装了银纳米粒子.研究结果表明,通过化学方法可以将硅基上端基为氰基的有序分子自组装膜转变为端基为羧基的有序分子自组装膜,并且该自组装膜可以用来作为制备金属纳米粒子的功能基底.     

自组织纳米微结构的制备技术

自组织纳米结构以其新颖的结构特点以及在纳米器件中的潜在用途成为当今纳米技术的研究热点.本文总结评述了国内外关于自组织纳米结构的制备及应用的研究进展.重点总结了低能离子束刻蚀自组织纳米结构的制备技术、表征技术、形成机理和应用探索等方面的研究工作.在单晶半导体材料Si、Ge以及Ⅲ/Ⅴ族化合物等材料表面,利用低能离子束刻蚀可以获得自组织纳米点状结构和自组织纳米条纹结构.总结了低能离子束刻蚀自组织纳米结构的形成与离子束入射角、离子束能量、离子束发散角、气体离子种类、刻蚀时间、衬底温度、加速栅极电压和样品的旋转等参数的关系.评述了低能离子束刻蚀自组织纳米结构的形成机理.展望了相关研究的前景.     

白铜超疏水表面的构建及耐蚀性能的研究

超疏水膜具有良好的防腐蚀性能,能够有效地延长金属制品的使用寿命,提高经济效益.选取白铜作为研究对象,采用化学刻蚀氧化自组装法进行超疏水膜表面的制备.通过交流阻抗和极化曲线法,在模拟海水条件下,利用三电极体系对超疏水表面的耐蚀性能进行了研究和测定.结果表明,所制备的白铜超疏水表面的接触角达到了154°,在3.5%的NaCl溶液中的缓蚀效率有99.1%,具备较高的超疏水性能和耐蚀性能,且其表面具有微纳米级的树枝状结构.     

吖啶橙修饰金纳米自组装膜制备及其性能研究

采用水相硅烷化方法,将γ-氨基丙基三乙氧基硅烷[H2N(CH2)3Si(OC2H5)3](APES)组装在石英表面,在基底表面修饰上氨基为末端的单层膜,并进一步在这种功能化的单层膜基底上组装金纳米粒子得到金纳米粒子/APES/石英的纳米复合结构。以制备的金纳米粒子自组装膜修饰石英为基底、半胱胺酸为中介,利用吖啶橙(AO)和半胱胺酸的化学吸附作用,将吖啶橙间接组装在金纳米粒子自组装膜修饰石英基底表面,制备出具有荧光特性的超分子自组装膜AO/Cys/AuNP/APES/Quartz。文章着重研究了吖啶橙修饰金纳米粒子自组装膜的制备和组装条件,以及用原子力显微镜、紫外吸收光谱、荧光光谱对膜进行表征。基于膜具有的荧光性质,有望发展一种新型的荧光传感器。     

硅基上图案化自组装膜的制备及表征

基底上图案化纳米薄膜的制备在微观结构设计领域有广泛应用,在硅基上制备端基为乙烯基的自组装单层膜,利用铜丝电氧化以及高锰酸钾混合溶液氧化,制备不同端基表面的单、双层自组装膜.采用红外光谱(FTIR)、接触角以及原子力显微镜(AFM)对所制备的薄膜进行表征.红外检测结果表明:乙烯基表面经氧化后转变为羧基表面,氧化前后接触角从58.1°转变为19.9°,说明薄膜的亲水性有明显的变化,原子力显微镜扫描得到薄膜的表面形貌,可观察到不同薄膜表面之间的相位及高度变化.结果表明:自组装技术与电氧化法相结合能够有效地制备出不同性质的图案化表面,以用于未来微纳米器件等领域的研究.     

功能纳米结构的组装

对功能纳米结构组装体系进行了系统的分类，详细总结和评述了人工纳米结构组装体系、纳米结构自组装体系和分子自组装体系的最新进展．展示了该领域的一些重要进展和研究成果，列举了这类自组装体系的新特性和应用前景．不仅指出了现阶段研究中存在的问题。而且还提出了今后需要重视的发展方向．     

蚕丝织物上光子晶体自组装过程研究

应用重力沉降法将粒径单分散的聚苯乙烯微球在蚕丝织物上进行自组装获得光子晶体结构。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析表征了自组装后蚕丝织物表面光子晶体结构的形貌,以及织物与光子晶体契合的界面状况,进而推知纳米微球在蚕丝织物上的组装过程。结果表明,纳米微球在蚕丝织物上自组装得到的光子晶体为三维面心立方结构;自组装过程首先发生在纤维与纤维间隙,进而发生在纤维表面,最终形成长程有序的光子晶体结构;光滑平整的纤维/织物表面有利于纳米微球的自组装和光子晶体结构的构建。     

国家纳米中心主任王琛教授来我院举办学术讲座

2008年12月16日,北京服装学院材料科学与工程学院邀请国家纳米科学中心主任王燃授为全院师生作了题为“分子组装纳米结构研究”的专题学术讲座。分子组装技术一直是学术界的前沿和热点课题。王教授首先介绍了近几年分子组装技术的发展动态、,分子组装的原理及其应用,然后深入浅出地讲解了如何从纳米尺度上研究物质结构,了解分子、原子的相互作用,进而操纵分子和原子排列得到目标结构,实现分子组装,最终借助扫描隧道显微镜等高精度、高分辨率的测试仪器进行表征。王老师的讲座深入浅出、生动幽默、引人入胜,赢得了大家的阵阵掌声,使在座的师生开阔了视野,受益匪浅。国家纳米中心主任王琛教授来我院举办学术讲座     

自组装丝素蛋白纳米颗粒的制备

以家蚕丝为原材料,采用两种溶解体系来调控蚕丝蛋白的分级组装,制备了不同尺寸的丝素蛋白纳米颗粒。对颗粒的形貌及结构等进行了测试分析,结果表明:采用LiBr-FA溶液体系制备的丝素蛋白纳米颗粒呈扁平状,当FA质量分数在5%时,丝素蛋白纳米颗粒呈无规卷曲构象;增加FA含量,促使β-折叠结构形成,丝素蛋白纳米颗粒结构更加规整;采用CaCl_2/H_2O/C_2H_5OH-FA溶解体系制备出的丝素蛋白纳米颗粒呈球状,颗粒的粒径均一、分布均匀,基本呈稳定的β-折叠结构。通过调控丝素蛋白自组装过程制备丝素蛋白纳米颗粒,整个过程不涉及有机溶剂的添加和复杂设备的使用,所制备的丝素蛋白纳米颗粒尺寸均匀、结构规整,可以进一步拓展丝素蛋白在药缓释领域的应用范围。     

高精度多径延时分布估计算法的研究

使用传统PN码序列相关法所测得的多径延时的时域分辨率受到PN码片长度的限制。文中研究了一种高精度的PN相关算法(SPM),改进了传统的PN相关算法的时域分辨率。SPM方法依靠分解延时分布数据向量相关矩阵的特征向量空间,来得到多径传播的路径数目和高分辨率的延时分布。计算机仿真表明,SPM算法可以分辨出延时差在1/10码片级的两条传播路径。     

扫描探针显微镜在超精密加工中的应用

对扫描探针显微镜(SPM)的基本原理、成像模式及其在超精密加工中的新应用进行了评述。介绍了SPM在微细加工和光刻新技术中的应用。指出纳米级加工机理的研究将依赖于SPM的复合化和多功能化。只有实现了加工与检测的一体化才能正确评价加工方法及工艺参数的优化选择,从而推进超精密加工技术的发展。     

基于调用链分析的低功耗编译优化

现有的许多研究提出用各种编译器导向的方法来静态或动态地管理SPM(Scratch-Pad Memory)内容,以取得对SPM部件的最佳利用,其关键问题是如何最大化地重复访问SPM中的内容。针对此问题,通过分析程序调用序列,构造低功耗编译优化,使无调用链关联函数的局部变量共享全局存储单元,以降低程序运行时对内存的需求,并提高相应存储单元的利用率。该优化编译可以与现有编译器导向的数据SPM管理策略相结合,提高现有方法的性能和功耗效果。     

闽江下游及河口悬浮物时空分布特征及其影响因素

为了解闽江下游及河口悬浮物的时空变化特征和影响因素,于2014~2015年采集了研究区4个季节的水样,并在河口进行了冬、春季2次加密采样。结果表明:从闽江水口水库经河口至外海,悬浮物浓度呈现“低→高→低”的分布特征,并具有春、夏季高于秋、冬季的季节变化特征;河口悬浮物浓度从涨潮至低潮阶段,总体呈现由河端向海端降低的特征,且其浓度冬季高于春季;河口冬季水体混合作用较强,盐度分层不明显;春季盐度分层显著,且涨潮和高潮时河口盐水楔活动影响悬浮物分布;河口最大浑浊带的规模呈现枯兴洪衰的趋势,其位置随潮汐的涨落上下摆动,通常秋、冬季偏上游,而春、夏季偏下游;闽江河口悬浮物时空分布受径流、潮流及盐度分布等影响显著,且强潮流、分支水道、盐水楔等因素对悬浮物的影响被放大,中小型河口更多地反映出各因素及其河口自身特征的综合影响;与中国其他河流相比,闽江河口悬浮物浓度远低于黄河河口,与长江河口相近,高于位于其南侧的珠江河口;闽江河口悬浮物的季节变化特征与其他河流相反;各河口悬浮物随潮周期的变化规律类似;闽江河口总体呈冲刷状态,水动力增强,悬浮物浓度呈上升趋势,对河口地貌、河口生态和港口航运等产生影响。     

Development of SPM Quantitative Micromorphology Analysis Software

WithrapiddevelOPmelltofmodemscienceandtechnology,morestudiesrequirehighresolutionandqUantitativemorphologyinformation[11,especiallyinthefieldofnanotechnology,ultrafinepowderProcessing,microelectronics,etc..Conventionals~eanalysismethodscannolongermee...     

采用牛顿迭代保辛伪谱算法的舰载机甲板路径规划

建立单机滑行、离轴无杆牵引、离轴有杆牵引3类舰载机调运模式下的运动学模型. 考虑到有杆牵引系统运动学模型的强非线性,将其转化为一个更加简单的虚拟在轴无杆牵引系统,以便于轨迹的求解. 综合考虑调运效率和安全性,将3类调运模式的轨迹规划问题转化为时间-能量混合最优问题. 为了实现对非线性最优控制问题的高效求解,基于第三类生成函数、辛理论和伪谱离散提出保辛伪谱方法（SPM）,并根据终端横截条件采用牛顿迭代和SPM确定终端时间. 将提出的方法应用于3类调运模式的轨迹规划问题,并将所得结果与直接伪谱法进行对比. 仿真结果表明：所提算法能够以更高的精度和效率规划出平滑的舰载机路径,且不会出现非可行解,具有更强的可操作性和适用性.     

NURBS建模电大平台附近天线受扰方向图的分析

传统的基于非均匀有理B样条(NURBS)曲面建模的物理光学结合矩量法(MoM-PO),采用迭代电压矩阵实现MoM-PO混合过程可能存在迭代收敛性问题.针对该问题,采用修改阻抗矩阵实现MoM-PO混合过程,避免了潜在的迭代收敛性问题.采用Ludwig积分结合驻相法(SPM)计算Bezier曲面上物理光学电流的积分,既克服了传统方法中天线距离散射体较近时的算法失效,又维持了算法的效率优势.数值结果与MoM和三角形MoM-PO方法进行对比,证明了该方法的有效性.     

光纤通信中自相位调制与四波混频影响因素仿真

为了解决在高速率传输过程中,光纤介质的非线性效应及其在波分复用(WDM)系统中光信号造成的严重衰减问题,围绕自相位调制和四波混频两种非线性效应进行分析,采用Opti System模拟软件分析了造成SPM和FWM效应的主要变量因素.结果表明,输入功率、信道间隔以及色散是造成自相位调制和四波混频性能变化的主要原因,通过调整这些参数可以提高光纤传输性能,为进一步优化奠定了基础.     

Processing technique of target capsule's micro inflation hole with a scanning probe

To resolve inflation of inertial confinement fusion (ICF) target and encapsulation of micro inflation hole with adhesive, a scanning probe microscope (SPM) diamond microprobe was used as the cutting tool with SPM in contact mode. Some parameters influencing the quality of micro inflation hole, such as the scanning direction of the diamond tip, the scanning rate and the contact force are discussed. Accurate taper hole was achieved whose dimension and precision could meet the requirements of inflation and encapsulation technique of micro hole. The experimental results show that using SPM diamond microprobe as the cutting tool and with special processing technique, the precision machining of target capsule's taper inflation hole can be realized. A novel operative technology for filling high Zgas to target is provided.     

螺管式步进比例电磁铁的设计计算

对螺管式步进比例电磁铁结构的优化设计和动态特性进行了研究。采用无挡铁式的螺管电磁铁,力主要由漏磁通产生。由麦克斯韦电磁力公式推知,力的大小与漏磁通的方向有一定的关系,在衔铁和轭铁上开一些槽可以改变漏磁通的方向得到比较大的力。另外,采用正交优化和ＴＡＢＵ搜索法对影响力的轭铁直径、衔铁直径、槽的尺寸等进行了优化研究,得出了最终结果。