液体中基于动态微悬臂梁的质量检测技术

当利用微悬臂梁动态模式的基频谐振在液体环境检测微弱被测量时,液体中的流体动力阻尼导致检测灵敏度降低。针对此问题,提出了利用微悬臂梁的高次谐振进行质量检测的方法。对于相同的被测量质量变化,微悬臂梁的谐振次数越高,其频率偏移越大,从而达到比基频检测法更高的分辨力。以表面修饰三乙基氢硫基十二基铵层(敏感层)的微悬臂梁为传感元件,以CrO42-为被测物,在原子力显微镜上检测了敏感层吸附CrO42-前后,微悬臂梁的5~8次谐波频率的变化情况。结果显示,该质量检测法能检测出约0.82 ng的质量增量。     

微悬臂梁谐振技术检测溶液粘度的研究

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术。推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式，并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度。与落球法测量结果的比较表明，利用微悬臂梁谐振频率技术测量液体粘度的误差小于4％。这种方法不仅可以作为液体粘度的一般性测量方法，也可以通过检测溶液粘度变化来监测溶液中的化学反应。     

基于原子力显微镜的悬臂梁微尖端器件应用新进展

在分析原子力显微镜工作原理的基础上,详细介绍了各种基于原子力显微镜的悬臂梁微尖端器件的应用进展,并展望了悬臂梁微尖端器件的发展前景。     

基于1×2阵列压电悬臂梁的AFM并行扫描

分析了阵列悬臂探针并行扫描的工作方式,以非接触磁力模拟样品与悬臂梁间的范德华力,研究了1×2阵列压电悬臂梁的并行扫描和驱动控制方法。每一压电梁均集成了微位移致动器和力传感器,在320Hz一阶共振频率下振动。实验表明:在0.2～1.0mm力作用区内,压电梁自由端每接近模拟样品0.1mm,表征悬臂梁振幅的锁相放大器输出电压减小1.7mV,但微力传感在扫描的升回程存在迟滞;致动器的控制电压每增加10V使锁相放大器输出减小约3mV,表明集成的致动器可调节压电梁与样品间的间距。两压电梁的电荷-位移响应曲线、间距调节灵敏度均不完全一致,讨论了阵列悬臂梁一致性问题和阵列规模大小问题。     

热振动法标定微悬臂梁法向弹性系数

微机械加工制造的微悬臂梁(探针)作为原子力显微镜中的核心组件,已经成为微米纳米尺度下科学研究的重要工具.能否准确标定微悬臂的弹性系数将影响所测力学量的最终结果.介绍了利用热噪声法标定探针的方法,分析了热振动法的原理及其修正公式.通过改进AFM系统的光路和位移检测器的前置放大电路,提高了探针法向弹性系数标定方法的精度,并设计了升温装置,对热噪声法的校正公式进行了验证,结果表明,实验与理论公式可以比较好的吻合.     

基于改进型DLIA的AFM探针高速振幅检测

轻敲模式是原子力显微镜(AFM)最为常见的扫描模式之一。轻敲模式以探针振动信号幅值作为反馈信号,实行实时检测。目前,有模拟检测和数字检测两种检测方法,模拟检测方法由于模拟器件固有的温漂导致误差较大,数字检测方法误差小但运算量较大。提出了一种实时检测轻敲模式信号振幅的改进型数字锁相放大器(MDLIA),在自制的AFM扫描成像系统中同时具备误差较小和运算量较小两个优点。MDLIA使用与振动信号同频同相的方波信号作为参考信号,因此仅采用单通道运算即可检测振动信号幅值。首先通过理论分析介绍了MDLIA的原理,然后介绍各组成部分及实现过程,最后通过运算耗时实验验证MDLIA运算量小且运算速度快的特点,并通过误差对比实验证明MDLIA误差较小,同时通过标准栅格扫描实验验证MDLIA的稳定性。     

微悬臂梁传感系统在CNT微热量检测中的应用

针对碳纳米管(CNT)微热量检测不易的问题,采用了一种基于微悬臂梁传感器的CNT微热量检测系统进行检测.通过光杠杆检测法测量微悬臂梁弯曲量,从而实现微悬臂梁对CNT的微热量检测,研究了CNT光热转换散发热量对微悬臂梁挠度的影响.用最小二乘法拟合出CNT薄膜温度变化与相应微悬臂梁偏移量关系.结果 显示,温度变化与微悬臂梁...     

基于原子力显微镜（AFM）的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题，提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统，采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明，得出主要参数优选的一般方法，讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验，实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工，并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工。     

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。     

基于微悬臂梁的高灵敏红外光子探测

提出一种基于微悬臂梁的具有较高灵敏度的新型红外光子探测方法。该方法通过测量振动悬臂梁在光压作用下振幅的变化量来探测红外光子。实验中,将红外辐射光调制成正弦型或方波脉冲,并与微悬臂梁的激励信号保持同相或反相。实验结果表明,微悬臂梁振幅的改变量与红外光功率之间存在线性关系,并在10^-4 Pa的真空环境中最小可以探测到7.4 nW的红外光功率,另外还发现,方波脉冲调制光会增大微悬臂梁的振幅响应。     

活体细胞骨架的原子力显微成像

为研究原子力显微术在生物医学中的应用,实现对活体细胞骨架纳米尺度的实时观察,采用轻敲模式和接触模式对体外培养的大鼠脑微血管内皮细胞进行成像。结果显示不同模式在分辨细胞超微结构及质膜下细胞骨架纤维束等方面各有特点,可从不同角度获取细胞骨架的信息。     

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。     

基于隧道电流检测方式的原子力显微镜纳米检测系统设计

原子力显微镜（AFM）是当前进行材料表面微观形貌观察及分析的强有力工具之一。本文主要介绍一种隧道显微镜（STM）检测方式的原子力显微镜纳米检测系统（AFM.IPC-208B）,该AFM系统设计是在STM.IPC-205B系统设计的基础上,采用隧道电流工作方式,将STM与AFM功能组合兼容。文章详细阐述了AFM.IPC-208B系统的设计原理、镜体、扫描控制以及数据采集。新设计的AFM.IPC-208B系统仍具有0.1nm的分辨率,检测范围为0～2mm×2mm,系统操作简易,工作效率高,与原STM.IPC-205B系统兼容,工作性能稳定可靠。     

Growth and Characterization of Carbon Nanopearls on a Si Substrate by CVD Process

Carbon nanopearls have been found to form on a Si substrate when grown at 850°C, using the chemical vapor deposition process (CVD). An acetylene carbon source and a Ni catalyst are the main ingredients for this procedure. The nickel was prepared and deposited on the substrate in two ways: (1) sonication and dispersion in a methanol solution, and (2) reduction of size via a reverse-micelle technique with a supercritical fluid deposition technique. The resulting carbon nanopearls were characterized using scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), and spectroscopic ellipsometry (SE). These tools enabled us to observe the structure, size, and absorption. Characterization of the carbon nanopearls is imperative for understanding of the structure and properties of these nanomaterials.     

AFM研究硫酸钾晶体在混合溶剂中的生长特性

本文用原子力显微镜(AFM)观察了硫酸钾晶体在纯水体系和水-乙醇体系中结晶的形貌特征.结合热力学分析初步探讨了两种环境下硫酸钾晶体的生长机理.为工业上利用低能耗的溶析法分离K2SO4提供了一定的理论依据.     

数字解调自激励频率调制原子力显微镜

研制了以石英音叉探针作为力传感器的频率调制原子力显微镜（FM-AFM）。利用石英音叉具有压电特性且品质因数高的特点,采用正反馈回路控制石英音叉自激振动于实时共振频率处,通过反馈回路中设置自动增益控制环节控制石英音叉振幅恒定;以简单的标定方法,由流经石英音叉的电流定量计算出石英音叉探针的振动幅度;设计了基于现场可编程逻辑...     

The Overlapped Electron‐Cloud Model for Electron Transfer in Contact Electrification

Contact electrification (CE) is one of the oldest topics in physics, which has been discussed for more than 2600 years. Recently, an overlapped electron‐cloud (OEC) model was proposed by Wang to explain all types of CE phenomena for general materials in which a deep overlapping of electron clouds belonging to two atoms results in a lowered potential barrier for electron transfer from one to the other by applying a compressive force, which is simply referred to as Wang transition for CE. Here, the degree of electron‐cloud overlap between two atoms is controlled by using tapping mode atomic force microscopy. A temperature difference and electric field are applied between atoms of two surfaces. It is found that electron transfer only occurs when the contact tip and sample interact in the repulsive‐force region, which corresponds to a strong overlap of the electron clouds. Such a fact even preserves if the tip is at a higher temperature than the sample for 120 K. Alternatively, by applying a bias, electron tunneling would occur when the tip is in the attractive‐force region within which normal electron transfer would not occur. These studies solidify the overlapped electron‐cloud model first proposed by Wang. Further, the temperature and bias effects on the CE are explained based on a modified OEC model.     

人红细胞老化过程中膜表面唾液酸变化的免疫AFM研究

分离人外周血的轻龄和老龄红细胞,采用麦胚凝集素和胶体金对红细胞表面的唾液酸残基进行细胞化学标记,然后在AFM下成像并进行数据分析.结果显示,老龄红细胞膜表面胶体金标记的颗粒数量明显低于轻龄红细胞表面,两者之间有显著差异.推测红细胞老化过程中细胞膜表面唾液酸含量的变化可能与老化细胞的处理机制有关.免疫胶体金标记结合原子力显微镜可在纳米尺度对膜受体蛋白进行定位和定量研究,拓展了原子力显微镜在生命科学领域的应用.