扫描电子显微镜和原子力显微镜--表面观察的互补技术

对于高分辨率表面观察,人们通常利用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM),特别是当分辨率在纳米和原子范围时,SEM和AFM是我们今天可以获得的最有效的两种显微技术。然而,任何一种仪器都不是万能的。本文就材料的表面结构、成分和环境对两种技术进行比较,并描述它们各自独立的特点和互补性。     

原子力显微镜及其应用

鉴于原子力显微镜是当代能在纳米尺度、分子水平研究微观物质结构的重要工具, 扼要介绍了它的基本原理、操作模式、技术特点及应用。     

原子力显微镜技术在矿物浮选中的应用现状

矿物的浮选体系是一个复杂的过程,现有的测试技术对于浮选机理的解释已经很难再有什么新的突破,引进新的测试技术是认识矿物浮选机理的一个重要途径。近年来,原子力显微镜(AFM)测试技术在矿物浮选中获得了重要应用,取得了重要研究成果。对AFM扫描成像和力学测量在矿物浮选中取得的研究进展进行了详细的论述,并对AFM在矿物浮选中的应用前景进行了展望。     

原子力显微镜在矿物加工领域中的应用现状

介绍了原子力显微镜的工作原理,综述了原子力显微镜在矿物加工领域中的应用现状。基于原子力显微镜的原理和特点,认为原子力显微镜将成为未来矿物加工研究的有力工具,为研究矿物表面的结构,理解矿物与溶液之间以及矿物之间的作用过程,探讨矿物作用机理提供了新的途径。     

原子力显微镜及其在矿物加工中的应用

对原子力显微镜的基本原理、成像模式、实验装置及其在矿物加工中的新应用进行了评述和介绍。原子力显微镜将用于矿物表面原子级的显微在线分析, 可测量浮选体系中矿物的范氏力、水化力和疏水力。     

新景矿无烟煤纳米级孔隙结构特征的原子力显微镜研究

阳泉矿区新景矿3#煤层为强突出煤层,为了认识3#煤纳米级孔隙结构发育特征,在井田佛洼分区3215辅助进风巷掘进头处采集了3#煤样品(XJ-3)。通过原子力显微镜(AFM)技术观察了XJ-3样品的形貌发育特征,并结合图像分析法,获得了该煤的表面粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq。结果表明:新景矿3#煤表面孔隙形状大多以椭圆形和梨形为主,次为圆形,含少量不规则长条形,孔隙之间的连通性一般,喉道多呈现出圆柱形;该煤的面孔率为5.74%,表面孔隙以微孔、小孔为主,中孔、大孔不甚发育;该煤的表面粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq值分别为3.89和6.17,与同变质程度煤相比,该煤表面相对光谱,凹凸程度相对较弱。     

不同成像原理显微镜在煤微表面形貌表征中的应用

本文分析了光学显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜的基本成像原理,并通过3种显微镜表征了煤样新鲜断面和抛光表面不同尺度的形貌。研究结果表明,光学显微镜下由于观察范围内煤样新鲜断面各点距离焦点不同使得观察到的图像常出现模糊不清的区域;抛光煤样表面较为平整,成像效果相对较好,且可以定性分析煤的不同组分。扫描电子显微镜扫描倍数可连续放大,且能通过二维图像显示三维结构进而得到更细致的微表面信息,其对抛光表面形貌的观察可以定性分析煤的不同组分。原子力显微镜得到的三维图像较二维图像能够更加直观地展示微表面形貌,微表面粗糙度、高差数值及其统计分布规律可准确得到;原子力显微镜可详细表征纳米级裂隙及其宽度,得到裂隙截面上3处宽度分别为21.63 nm、17.31 nm、8.66 nm。在煤样表面形貌研究中,若将光学显微镜细观表征、扫描电子显微镜微米级扫描和原子力显微镜纳米级探测三者相结合,可精确表达煤样从整体到局部、从毫米级到纳米级的特征,得到较为全面连续、定性定量的信息。     

疏水聚团浮选技术在绢云母提纯上的应用

文章介绍了疏水聚团浮选技术应用于河北某金矿伴生围岩中绢云母的提纯。通过对常规的浮选技术与疏水聚团浮选技术的比较,对于提高细粒嵌布且表面亲水的绢云母矿石的浮选回收率,疏水聚团技术是有较明显优势的,该技术适合于用在绢云母浮选粗选作业。     

原子力显微镜测定力-距离曲线的原理和应用

介绍了用原子力显微镜测定力－距离曲线的基本原理以及应用于力－距离曲线的接触区和非接触区分析的基本理论，讨论了用AFM力－距离曲线测定范德华力、双电层力及非DLVO力，并对AFM力－距离曲线在不同领域的应用进行了概括和展望。     

矿物表面润湿性调控对固液界面水化膜的影响

浮选过程中固液界面水化膜的薄化、破裂是影响浮选效果的关键因素。为阐明矿物表面润湿性变化对固液界面水化膜的影响,以石墨为研究对象,利用双氧水和表面活性剂对石墨进行润湿性调控,采用原子力显微镜探针技术(AFM)对其表面水化膜的结构、厚度等进行直接表征,并对其影响机制进行研究。结果表明:矿物表面水化膜厚度随其氧化程度的增加而增加,且由氧化所增加的亲水性极性基团主要增加了矿物表面水化膜中有序层的厚度;表面活性剂的吸附可以对矿物表面上的含氧基团进行有效覆盖,从而使固液界面水化膜结构发生变化,其中低表面活性剂浓度下,固液界面水化膜中有序层结构向过渡层转变,可减小水化膜中有序层厚度;高表面活性剂浓度下,表面活性剂的过量吸附仅能造成水化膜中过渡层厚度的增加,有序层厚度不会发生显著变化。浮选过程中浮选药剂少量的过量添加是有益于亲水性矿物表面水化膜的薄化与破裂的。     

菱铁矿表面吸附和疏水絮凝的试验研究与计算

通过对微细粒菱铁矿的疏水絮凝试验研究，ＳＥＭ扫描电镜拍摄，接触角θ及矿粒表面油酸钠吸附面密度σ的测定和计算，提出了关于表面活性剂在菱铁矿表面吸附与疏水絮凝，中性油强化疏水絮凝的机理。     

用疏水性絮凝原理全面强化浓缩过滤过程的研究（下）

本文以强化东鞍山浮选铁精石浓缩、过滤的试验为基础,论述了实现疏水性絮凝的理论依据和以聚丙烯酰胺类絮凝剂为主,提高浓缩机、过滤机效率的机理及试验。     

使用乙基黄药时合成辉铜矿表面有效疏水化条件研究

通过浮选试验,用乙基黄药(EtX)研究了辉铜矿表面疏水化的某些条件。实际上,从甲醇中吸附EtX,再使甲醇蒸发掉,矿物表面并没有疏水化。只有从水中吸附EtX,然后把水蒸发掉,矿物表面才较好地疏水化。然而,从浮选过程的液相中吸附的EtX,使矿物表面疏水性最强。本文讨论了产生上述现象响可能原因。     

超疏水表面流动速度滑移的PIV实验研究

针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,采用粒子图像速度场测试技术(PIV),在低速循环水槽中对亲水表面、超疏水表面和天然荷叶表面近壁处的速度分布进行了测量。实验研究发现,相对于亲水表面,超疏水表面与荷叶表面2种表面近壁面处存在低涡量区,超疏水表面以及荷叶表面近壁面处都发生了明显的速度滑移,而亲水表面则没有,并根据实验结果计算得到了滑移速度和滑移长度。     

基于原子力显微镜观测的煤中显微组分微观形貌与孔隙结构

煤炭既是重要的能源资源,也是潜在的材料原料。作为能源时,煤的物理结构在其综合利用及转化中有不可忽视的作用,如煤中孔隙结构对煤层气的储存、吸附、运移、解吸等有关键性作用。作为材料原料时,能为高精尖产业提供优质原料来源,如煤基石墨、煤基石墨烯等。显微组分是煤的主要成分,对煤的属性及其应用贡献巨大。以榆横矿区小纪汗煤矿2号煤层样品（XJH）为研究对象,对煤中显微组分开展原子力显微镜（AFM）观测,分析镜质组、半丝质体和丝质体的微观形貌和孔隙结构特征,为该区煤的清洁高效利用夯实基础。结果显示,XJH煤显微组分的微观形貌以粒状结构为主,表面颗粒呈不同规则程度圆形或椭圆形随机分布;镜质组表面颗粒的功率谱密度分形维数Ds最大,颗粒空间充填能力和高低起伏程度大,随机性强,微观结构较复杂。半丝质体次之。丝质体Ds最小,颗粒分布较疏散,起伏程度较缓,微观结构较镜质组和半丝质体简单。孔隙结构方面,镜质组孔隙平均孔径和面积最小,但孔隙数量最多,且贡献主要来自孔径<2 nm的微孔,镜质组孔隙结构更利于煤层气的吸附和储存;惰质组平均孔径和面积大于镜质组,但孔隙数量更少,这是惰质组中孔径2～50 nm的介孔数...     

微细粒锡石疏水团聚—絮凝的研究

研究了微细粒锡石（－１０μｍ）在油酸钠体系的疏水团聚行为，以及大分子絮凝剂聚丙烯酰胺对锡石的絮凝；油酸钠可以强化锡石的絮凝。传统的ＤＬＶＯ理论经过扩展解释了锡石的疏水性团聚和絮凝，同时对高分子絮凝剂的絮凝机理也进行了探讨。     

菱锰矿－石英疏水絮凝浮选的研究

研究了菱锰矿、石英在油酸钠溶液体系中的流水絮凝行为，并有效地絮凝浮选分离了菱锰矿－石英混合矿，得出了最佳的分离条件。应用扩展的ＤＬＶＯ理论讨论了菱锰矿和石英在油酸钠溶液中的凝聚行为和机理。结果表明，菱锰矿颗粒在油酸钠体系中，相互间作用力为引力，可以发生凝聚；而石英颗粒之间以及石英－菱锰矿颗粒之间相互作用力均为斥力，不能发生凝聚。     

攀枝花细粒钛铁矿疏水絮凝浮选工艺研究

本文介绍了疏水絮凝浮选法选别攀枝花细粒钛铁矿工艺的研究。通过药剂磷选试验、影响因素试验确定合理试验流程及药剂制度。从含ＴｉＯ２９．８４％的原矿，获得ＴｉＯ２４５．７９％，ＴｉＯ２回收率５０．５２％的钛精矿。     

疏水絮凝——浮选法分选主焦中煤的研究

主焦煤是我国的稀缺煤种。采用了一种新的分选工艺疏水絮凝－浮选法分选主焦中煤。试验表明，该工艺可从高灰中煤中分选出合乎要求的精煤，其分选精度高，药耗低。并采用扩展ＤＬＶＯ理论探讨了其分选机理，计算结果表明，絮团的形成，主要是疏水势能作用的结果。     

粗糙度对贫瘦煤表面润湿性的影响

表面粗糙度对煤的可浮性起着重要作用。为了研究捕收剂和粗糙度协同作用对煤表面润湿性的影响,采用四种不同目数的砂纸对煤表面进行粗糙化处理,并使用粗糙度测量仪表征其表面特性。采用接触角与相互作用测量仪分析表面粗糙度对煤天然润湿性和油酸钠改性后润湿性的影响。结果表明,随着天然煤表面粗糙度的增加,接触角减小。由于接触线的增加,水滴与煤表面之间的扩散力增大。当粗糙度分别为0.32、1.02、1.82、2.38μm时,水与煤表面之间的扩散力分别为159.00、177.82、200.99、209.60μN。而经低浓度(120 mg/L)油酸钠改性后,随着粗糙度的增加,煤表面的接触角增大,扩散力减小,扩散力分别为149.11、146.40、134.06、124.27μN。但当油酸钠浓度达到320 mg/L时,随着粗糙度的增加,接触角反而迅速减小,扩散力迅速增大,扩散力分别为174.21、211.05、244.37、288.51μN。粗糙度的增大会增加天然煤表面的润湿性,低浓度的油酸钠改性和表面粗糙化可提高煤表面疏水性,然而,过量的药剂会增强煤表面的润湿性。