生物纳米薄膜的制备及其AFM表征

生物纳米薄膜的制备与表征对功能性有机化合物的实用化起着非常重要的作用.本文主要介绍利用分子自组装、LB技术以及将旋涂技术与AFM针尖操控相结合的方法分别制备的黄原胶、硬脂酸和壳聚糖纳米生物薄膜及其AFM表征结果.AFM测试显示,黄原胶分子在分子间协同作用下可以形成具有网状结构薄膜,NaCl盐溶液浓度和浸泡时间等可以调控在硬脂酸LB膜上所蚀刻孔径的大小.同时,AFM形貌表征与其操控技术的联用,不仅得到了薄膜表面的实时形貌,而且制备出具有纳米级厚度的超薄壳聚糖纳米膜.这些研究不仅为生物纳米薄膜的制备与表征提供了新型的方法及思路,而且可以进一步推动纳米薄膜在多种领域内的发展与应用.     

颗粒粒径和形貌对纳米ZnO光吸收性能的影响

用沉淀法制备了纳米ZnO,通过控制反应条件得到了几种不同形貌和不同粒径分布范围的纳米级ZnO粉体,用AFM和XRD方法对纳米ZnO样品进行了表征,采用共混法将不同形貌和不同粒径的纳米ZnO粉体制成涂层,利用光透射实验装置测试了各种涂层的光吸收性能。结果表明:纳米ZnO随着粒径的减小,光吸收能力相应地变强;颗粒形貌对光吸收性能有较大影响,片状纳米ZnO比球形纳米ZnO光吸收性能要好。     

颗粒粒径和形貌对纳米ZnO光吸收性能的影响

用沉淀法制备了纳米ZnO,通过控制反应条件得到了几种不同形貌和不同粒径分布范围的纳米级ZnO粉体,用AFM和XRD方法对纳米ZnO样品进行了表征,采用共混法将不同形貌和不同粒径的纳米ZnO粉体制成涂层,利用光透射实验装置测试了各种涂层的光吸收性能。结果表明:纳米ZnO随着粒径的减小,光吸收能力相应地变强;颗粒形貌对光吸收性能有较大影响,片状纳米ZnO比球形纳米ZnO光吸收性能要好。     

激光复合微纳探针近场光强影响因素仿真分析

通过建立镀膜光纤探针仿真模型,模拟锥形镀膜光纤探针针尖处剖面状态,实现对纳米微粒的非接触操作,以空气为操作环境,分析光纤探针镀膜厚度和光纤探针出射孔径的逐渐变化,找出其对近场光强的影响.同时对光纤探针发射激光照射AFM探针的角度变化、光纤探针与AFM探针之间距离的改变以及两者对AFM探针尖端场增强的影响规律做出了定量分析,通过仿真实验分析,进一步发现最大场增强因子,为完成纳米级物体操纵实验提供了参考.     

基于AFM推动的纳米棒建模与操作

研究了AFM推动作用下纳米棒的运动情况,引入了与速度相关的黏滞摩擦力,建立了纳米棒体的运动学模型.在运动学模型的基础上,针对AFM单探针及纳米环境操作不确定性问题,对AFM探针操作参数的设置进行了讨论,提出了虚拟纳米手Z字形稳定操作策略.仿真及实验结果表明:纳米棒的运动学模型能够实时预测推动操作后棒体的瞬心位置,虚拟纳米手Z字形操作策略能够将棒体的位置误差限制在规定误差范围内,实现了纳米棒的稳定、定姿态操作.     

纳米技术在相变储热领域的应用

将纳米技术,尤其是纳米材料制备技术应用于相变储热领域,可以得到纳米胶囊相变材料、纳米复合相变材料以及纳米高温相变材料。纳米级相变材料的开发将拓宽相变储热技术的应用领域。本文综述了纳米胶囊相变材料、纳米复合相变材料和纳米高温相变材料的研究进展,介绍了纳米相变材料的应用。     

纳米TiO2/玻璃膜的制备及其光催化性能

以钛醇盐为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2/玻璃薄膜. XRD、AFM和厚度分析表明,纳米TiO2/玻璃薄膜中TiO2为锐钛矿型结构, 粒径为纳米级, 三层膜的总厚度为200#nm.通过调节热处理温度, 能有效控制薄膜中粒子的大小.UV-VIS吸收光谱表明,TiO2/玻璃薄膜可以有效地降解罗丹明B染料废水,其光催化活性随TiO2粒径的减小而增大,受膜厚增加的影响不大.     

基于AFM刻蚀的金属氧化物纳米结构构筑

利用原子力显微镜（AFM）接触模式机械刻蚀的方法,在双层金属Pt／Cu电极表面进行纳米结构的构筑,通过分析不同加工参数（针尖上施加的载荷大小,扫描速度,循环次数）对加工结构尺寸的影响,能得到结构尺寸任意控制的纳米图案。通过在空气中自然氧化和选择合适的参数,得到了铂-氧化铜-铂的纳米结构。用导电模式AFM和摩擦力图像对该结构进行了原位检验,发现在加工区域内出现了明显的半导体特征,对应的摩擦力图像同样直观显示出这种结构是由两种不同材料构成。结果表明采用这种特殊的AFM刻蚀方式,可作为加工新型金属氧化物半导体纳米电子器件的重要手段。     

基于AFM纳米加工机理和方法的研究进展

作者介绍了近期基于AFM纳米加工方法的最新研究进展，探讨了AFM纳米加工过程中的机理，重点分析了利用AFM针尖诱导表面氧化，针尖诱导表面改性，纳米刻蚀加工，纳米化学反应，单分子，单原子操纵及纳米结构组装等6种基于AFM的纳米加工方法，为今后纳米信息产品的研究和开发奠定了基础，纳米加工技术是一门综合性的交叉学科，研究内容涉及到物理学、化学、生物学、材料学以及机械学等许多方面，文中不仅指出了理阶段研究中存在的问题，并提出了今后需要重视的研究方向。     

电刷镀纳米镍薄膜表面形貌和沉积生长机理分析

采用电刷镀技术在铜基体表面上制备光亮的纳米镍薄膜。通过FESEM,AFM,SEM观察,分析纳米镍薄膜的二维和三维表面形貌。利用XRD估算纳米镍薄膜的晶粒平均尺寸,探讨纳米镍薄膜沉积生长机理。     

Spintronic materials and devices based on antiferromagnetic metals

In this paper, we review our recent experimental developments on antiferromagnet (AFM) spintronics mainly comprising Mn-based noncollinear AFM metals. IrMn-based tunnel junctions and Hall devices have been investigated to explore the manipulation of AFM moments by magnetic fields, ferromagnetic materials and electric fields. Room-temperature tunneling anisotropic magnetoresistance based on IrMn as well as FeMn has been successfully achieved, and electrical control of the AFM exchange spring is realized by adopting ionic liquid. In addition, promising spin-orbit effects in AFM as well as spin transfer via AFM spin waves reported by different groups have also been reviewed, indicating that the AFM can serve as an efficient spin current source. To explore the crucial role of AFM acting as efficient generators, transmitters, and detectors of spin currents is an emerging topic in the field of magnetism today. AFM metals are now ready to join the rapidly developing fields of basic and applied spintronics, enriching this area of solid-state physics and microelectronics.     

阴极真空电弧沉积MgO薄膜的椭偏光谱研究

采用阴极真空电弧离子沉积技术在硅基片上制备出了MgO薄膜。利用椭圆偏振光谱、原子力显微镜及扫描电子显微镜分别对不同氧流量下制备的MgO薄膜的厚度,光学常数,表面粗糙度及表面形貌进行了分析,并对椭圆偏振光谱的光学粗糙度结果和原子力显微镜的均方根粗糙度结果进行了对比和分析。结果表明,不同氧流量下制备出的MgO薄膜,表面粗糙度及薄膜颗粒随着氧流量的增加而增大。椭偏光谱与AFM得到的表面粗糙度存在线性一致关系,表明椭偏光谱可作为一种很好的无损分析手段。     

A novel colloid probe preparation method based on chemical etching technique

Several fundamental problems in hydrophobic force measurements using atomic force microscope (AFM) are discussed in this paper. A novel method for colloid probe preparation based on chemical etching technology is proposed, which is specially fit for the unique demands of hydrophobic force measurements by AFM. The features of three different approaches for determining spring constants of rectangular cantilevers, including geometric dimension, Cleveland and Sader methods are compared. The influences of the sizes of the colloids on the measurements of the hydrophobic force curves are investigated. Our experimental results showed that by selecting colloid probe with proper spring constant and tip size, the hydrophobic force and the complete hydrophobic interaction force curve can be measured by using AFM.     

黄原胶分子形貌的原子力显微镜研究

通过溶胶凝胶的方法制备了黄原胶水溶液,并采用轻敲模式原子力显微镜(AFM)对不同浓度的黄原胶分子溶液的表面微观结构形态进行了观察.实验结果表明,轻敲模式下的AFM能够观测到黄原胶分子的微观结构,浓度为0.1g/L时分子类似于球状体的颗粒,以多聚体形式存在.浓度达到0.01g/L时能够形成稳定的网状结构,当浓度达到0.001g/L的情况下形成单个纤维分子.利用AFM截面软件对网状结构和单个纤维进行分析,发现了云母表面出现的黄原胶分子分别为双链和单链.本文中提出了黄原胶分子从网状结构到单个纤维形成过程的假设模型,很好地解释了实验观察结果,对以后的实验研究有很大意义.     

不同道路沥青的原子力指标与针入度指标对比

采用原子力显微镜研究不同道路沥青的微观形态特征,利用分析软件获取不同道路沥青微观结构的形态学参数并进行量化分析,结合传统针入度指标,研究不同道路沥青微观结构对其宏观高温性能的影响。结果表明,沥青针入度越小,"蜂状结构"越多,代表沥青中大分子量组分越多,说明其高温性能越好,粗糙度与高温性能的关系也呈现出一定的规律性。研究结果为用原子力显微镜探索沥青的微观结构与宏观性能的关系提供了基础。     

应用原子力显微镜研究热塑性聚氨酯的微相分离

用一步法在密炼机中合成了热塑性聚氨酯(TPU)。在原子力显微镜(AFM)下观察其微相分离情况。结果表明，TPU具有明显的微相分离现象，其软硬段形成了长程有序，具有规则周期的微区结构，交替排列分布。利用AFM中的相图可以准确判断TPU中的两相归属，不受其他因素的干扰。TPU中的两相结构随硬段含量的增加而变化，由硬段为分散相转变为软硬段双连续相结构，继而转变成为硬段为连续相结构。对TPU在一定热处理温度下发生的性能变化作了原子力显微镜观察，发现在一定的热处理温度下，TPU的微相分离程度发生了变化。     

利用原子力显微镜表征竹纤维细胞壁横截面结构

竹纤维是竹材的主要承载单元,其构造影响着竹纤维乃至竹材的加工利用。笔者利用原子力显微镜(AFM)的Peakforce QNM模式及Tapping模式对1年生慈竹纤维细胞横截面结构进行表征,对壁层厚度进行准确测量。结果表明:原子力显微镜是表征竹纤维细胞横截面结构的有效工具,适合定位表征竹纤维细胞多壁层结构及壁层的模量分布差异,并能够准确测量壁层的厚度; 竹纤维细胞壁层的模量不同,薄厚层相邻位置模量变化比壁层内大; 竹纤维细胞壁层数量以及壁层厚度因纤维所在位置不同而改变。     

不同衬底生长ZnO薄膜的结构与发光特性研究

采用射频磁控溅射方法分别在蓝宝石(Al2O3)(0001)和硅(100)衬底上制备ZnO薄膜．通过X-光衍射测量与分析表明两者都沿C轴方向生长，在Al2O3衬底上的ZnO薄膜结晶质量优于在Si衬底上的薄膜样品．然而，由原子力显微镜观测发现在Al2O3衬底上的薄膜晶粒呈不规则形状，且有孔洞，致密性较差；而在Si衬底上的ZnO薄膜表面呈较规则的三维晶柱，致密性好．光致发光测量表明，不同衬底上生长的ZnO薄膜表现出明显不同的发光行为．     

Research progress in quantifying the mechanical properties of single living cells using atomic force microscopy

The advent of atomic force microscopy （AFM） provides a powerful tool for investigating the behaviors of single living cells under near physiological conditions. Besides acquiring the images of cellular ultra-microstruc- tures with nanometer resolution, the most remarkable advances are achieved on the use of AFM indenting tech- nique to quantify the mechanical properties of single living ceils. By indenting single living cells with AFM tip, we can obtain the mechanical properties of cells and monitor their dynamic changes during the biological processes （e.g., after the stimulation of drugs）. AFM indentation-based mechan- ical analysis of single cells provides a novel approach to characterize the behaviors of cells from the perspective of biomechanics, considerably complementing the traditional biological experimental methods. Now, AFM indentation technique has been widely used in the life sciences, yielding a large amount of novel information that is meaningful to our understanding of the underlying mechanisms that govern the cellular biological functions. Here, based on the authors＇ own researches on AFM measurement of cellular mechani- cal properties, the principle and method of AFM indentationtechnique was presented, the recent progress of measuring the cellular mechanical properties using AFM was summa- rized, and the challenges of AFM single-cell nanomechani- cal analysis were discussed.