基于AFM纳米机械刻划加工纳米结构及应用

原子力显微镜(AFM)是具有纳米级精度的检测设备,同时可应用于纳米结构的加工。AFM纳米加工已经成为微纳结构加工的有效方法之一,可广泛地应用于机械、物理、化学和生物医学等领域。文章首先简要介绍传统微纳加工方法,并对基于AFM的纳米机械加工方法进行详细介绍并分析了其相对优势;然后介绍了AFM加工得到的纳米沟槽和纳米点阵等结构在纳流控及拉曼检测等领域的应用,并对其未来的发展方向进行展望。综述展示了AFM纳米机械加工的应用潜力,为相关领域的研究提供了一种简单、可行的纳米加工方法。     

Fe基合金纳米晶薄带介观结构的AFM研究

利用AFM观察了Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉薄带断口的介观结构, 发现退火后晶化的薄带的贴辊面区与自由面区之间存在明显的介观结构差异, 观察到Fe基纳米晶薄带贴辊面区的纵向粗晶粒团聚优势和自由面区的横向细晶粒团聚优势, 认为这是由于单辊快淬法制备非晶薄带时残存的内应力差异所致.     

基于纳米机械振子的光学质谱仪

纳米机械振子具有超小的质量、超高的品质因数和振动频率以及其他优点,越来越受到人们的关注和认可.随着纳米科技的快速发展,纳米机械振子逐步进入到生物、化学、物理、医学等领域,成为科学研究工作者追求高质量和高性能材料的辅助系统.本文总结了本课题组近年来对纳米机械振子研究的一个重要应用:纳米光学质谱仪.在全光条件下,质量测量对象可为中性原子、质子、中子,也可为其他化学分子或生物分子等.我们提供的纳米机械振子材料为纳米碳管和石墨烯纳米带.研究发现,基于纳米机械振子的光学质谱仪与传统的电学质谱仪相比有很多优越性,如不会引发由电路引起的热效应和能量损失,基于质量测量的光学谱宽更窄等.与单束光探测方法相比,不受频率高低的限制.此研究工作提出的基于全光学的质量测量方案,打破了电学测量和单束光领域中的众多限制,有望更大程度地提高质量测量的灵敏度和准确度,为纳米测量领域提供一个新的平台.     

基于AFM针尖电化学刻蚀的金纳米电极制备

利用导电原子力显微镜针尖, 对组装在单晶硅上的有序长链硅烷(OTS)单分子膜进行微区电化学氧化, 非破坏地改变其表面甲基为羧基, 形成线宽、间距在纳米量级且可控的梳状结构模板. 然后通过镉离子吸附, 与硫化氢(H₂S)气体反应, 生成硫化镉(CdS)线, 继续与氯金酸(HAuCl₄)反应, 形成金纳米结构. 通过导电原子力显微镜测试, 发现其具有较好的导电性, 可以作为纳米电极.     

可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.     

金钯不对称纳米结构合成及其表面增强拉曼光谱

金钯双金属纳米结构由于独特的光学-催化协同耦合性质而受到广泛关注,在太阳能转化存储、多相催化、光电器件、生物成像、医学诊疗等领域展现出重要的应用价值.但具有协同性质的金钯纳米材料的合成制备仍然面临巨大挑战.本研究发展了溶液和固体表面上制备金钯纳米结构的两种方式.在金纳米棒种子溶液中,通过调控铜离子的浓度,制备了具有不对...     

评《金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用》

自20世纪60年代激光出现以后,光学的发展极大地改变了人类的认识,对现代科技的发展起到了巨大的推动作用.然而随着信息技术的高度集成化和小型化,衍射极限成为传统光学难以跨越的尺度瓶颈.表面等离子体光学能够实现在纳米尺度上操纵和控制光子的产生、传播、调     

石墨烯纳米结构图形化技术取得新进展

中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家实验室张广字研究组在石墨烯纳米结构图形化研究方面取得系列成果：发现一种石墨烯面内各向异性刻蚀效应（AdvMat．2010,22：4014）：并以此为基础,实现了锯齿形边缘石墨烯纳米结构的精确加工和剪裁（AdvMat,2011,23：3061）：进而研究了锯齿形边缘石墨烯纳米带的电声子耦合效应（Nanoletters,2011,11：4083）。     

介孔纳米二氧化锆的微观结构及其应用

在无任何稳定剂存在的条件下, 用固态反应-结构导向合成出了介孔纳米二氧化锆分子筛. 所得产品拥有层状或MSU结构, 比表面明显高于文献值, 同时, 其介孔纳米特性稳定性高, 在较高温度下仍能维持. 将该样品引入到甲醇合成用Cu基催化剂后赋予催化剂纳米尺度, 从而改变了催化剂的理化结构和电荷性质, 使Cu基催化剂显示较高的催化活性和优良的选择性. 由不同制备方法所得催化剂反应性能的差异, 探讨了甲醇合成催化剂的可能活性位结构.     

基于DNA纳米结构的siRNA输送体系的研究进展

随着多个功能性核酸药物获得FDA的批准,基因治疗近年来取得了长足的进步,迸发了新的青春.小干扰核糖核酸(siRNA)是基因治疗的核心成员,siRNA的高效递送则是其临床转化的关键.不同于传统阳离子脂质体、聚合物等通过静电相互作用实现siRNA的负载压缩形成纳米递送体系,DNA纳米结构通过核酸亲和杂化作用负载功能性核酸,实现siRNA的递送和相应的基因治疗.本文简要回顾了siRNA在基因沉默过程中的功能和机制,介绍了DNA纳米结构作为载体用于功能性核酸递送的基本原理和优缺点,进而详述了几类具有特色的DNA纳米结构用于siRNA递送系统,最后探讨了现有技术存在的挑战,并对本领域的发展做了进一步展望.     

颗粒增强铝基复合材料的制备及力学性能

简要介绍了金属基复合材料的分类和发展现状,并重点介绍了颗粒增强铝基复合材料的几种常用制备方法,包括搅拌铸造法、挤压铸造法、液态金属浸渗法、粉末冶金法、喷射沉积法和比较新颖的原位反应复合法;同时综述了颗粒增强铝基复合材料力学性能的研究进展,包括实验进展、理论模型和模拟的进展;最后展望了颗粒增强铝基复合材料的发展方向。     

DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

基于AFM的淋巴瘤细胞成像及其机械特性测定

原子力显微镜(AFM)以其独特的成像方式, 为在细胞水平和分子水平获取细胞生理状态的新认识提供了技术手段. 研究了近生理环境下基于AFM的Burkitt淋巴瘤(Burkitt’s lymphoma, BL)细胞成像及其机械特性的测定, 探索了基于多聚赖氨酸的悬浮细胞固定方法, 并在此基础上实现了AFM对BL细胞表面形貌及其超微结构的高分辨率成像; 对活体BL细胞以及戊二醛固定后的BL细胞的机械特性进行了测定, 验证了Hertz模型对BL细胞机械特性描述的有效性, 同时揭示了戊二醛的引入将导致BL细胞硬度的显著增加. 实验结果为近生理环境下悬浮细胞的高分辨率形貌表征和机械特性测定提供了技术思路和实验方法, 同时为在单细胞尺度上探索可用于疾病早期快速诊断和个性化治疗的新生物标记奠定基础.     

快速与精确的AFM探针模型重构研究

在AFM扫描成像中,由于探针具有展宽效应等因素,导致扫描图像失真.从数学形态学角度看,可以认为真实图像失真是受到了探针针尖形貌卷积的作用,因而不能反映样品表面的真实形貌.采用反卷积运算处理可以排除这类扫描成像干扰,但需要准确知道探针针尖形貌,这对于AFM纳米扫描图像的精确重构具有实际意义.在已有的探针建模算法中,基于数学形态学的盲建模算法得到了广泛使用,然而该算法存在运算时间较长,最优降噪门限阈值很难确定等问题.针对这些问题,提出一种新的盲建模方法,可以提高盲建模运算速度,并且实现AFM扫描图像的精确重构.仿真和实验结果证明了上述研究方法的可行性和有效性.     

Fabrication of authentic nacre by matrix-directed mineralization

<正>With the support by the National Natural Science Foundation of China and the Chinese Academy of Sciences,a research team led by Prof.Yu Shuhong(俞书宏)at the Department of Chemistry of the University of Science and Technology of China reported a new mesoscale strategy for the fabrication of nacre-like material,which was published in Science(2016,354(6308):107—110).     

Fabrication and Properties of CoSm-Based Multilayer Thin Films

In recent years, SmCo series thin films have been found to be good candidates for fabricating integrated electromagnetic components and ultrahigh density magnetic recording media[1,2]. Up to now,intensive studies of such films have been carried out in order to obtain appropriate microstructure, crystallographic orientation and other properties. Substitution of Cu or Ni for Co in SmCo/Cr series films leads to a decrease of the saturation magnetization, magnetic switching volume, and to an increase of uniaxial anisotropy and coercivity[3-5].Various deposition conditions have also been investigated[6]. The large increase in coercivity for the annealed SmCo/Cr films is due to the growth of crystallitest[7,8]. In this article, we report a study of the deposition process,structure, and magnetic behavior of sputtered Sm (Co,Cu, Ti)/Cr series thin films.     

Fabrication and Properties of CoSm-Based Multilayer Thin Films

In recent years, SmCo series thin films have been found to be good candidates for fabricating integrated electromagnetic components and ultrahigh density magnetic recording media[1,2]. Up to now,intensive studies of such films have been carried out in order to obtain appropriate microstructure, crystallographic orientation and other properties. Substitution of Cu or Ni for Co in SmCo/Cr series films leads to a decrease of the saturation magnetization, magnetic switching volume, and to an increase of uniaxial anisotropy and coercivity[3-5].Various deposition conditions have also been investigated[6]. The large increase in coercivity for the annealed SmCo/Cr films is due to the growth of crystallitest[7,8]. In this article, we report a study of the deposition process,structure, and magnetic behavior of sputtered Sm (Co,Cu, Ti)/Cr series thin films.……     

金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用

金属纳米结构的表面等离子体光学在光催化、纳米集成光子学、光学传感、生物标记、医学成像、太阳能电池, 以及表面增强拉曼光谱等领域有广泛的应用前景, 这些功能和金属纳米结构与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关. 本文简单回顾国际上该领域过去十来年的一些重要研究进展和当前发展的前沿动态, 重点介绍我们课题组近年来在金属纳米颗粒和纳米结构的表面等离子体光学理论和实验研究上取得的一些成果. 同时还介绍了我们课题组目前在表面等离子体光学研究方面的若干新思路, 包括表面等离子体共振放大、紫外波段光学天线、纳米天线光学双稳态、表面等离子体辅助的量子相互作用等. 通过这些经验和教训的介绍与讨论, 期望能够达到抛砖引玉的目的, 与国内同行来共同探讨表面等离子体光学结构是如何在纳米尺度上实现对光的各种性质的调控和利用的, 并向等离子体光学的未知领域开拓进取.     

静电纺丝制备光电功能聚合物纳米纤维及其应用

随着器件小型化的需要以及分子器件的发展,基于纳米及亚微米尺度的分子材料近十年来备受关注.一维纳米结构具有本征各向异性,有利于电荷传输,是研究电子传输行为的理想体系.通过静电纺丝能够快速大量地制备聚合物纳米纤维,其孔隙率高、比表面积大,是当前一条行之有效的、重要的制备光电功能聚合物一维纳米结构的路线.本文详细阐述了通过静电纺丝技术制备光电功能聚合物纳米纤维及其在有机场效应晶体管、气体传感器和电化学传感电极等方面的应用研究进展,并进一步提出了该领域的研究前景及尚待解决的问题,同时扼要介绍了模板法、自组装法和蘸笔印刷等其他常用的制备光电功能聚合物纳米纤维的方法.     

基于自组装胶体晶体构筑有序微结构

有关胶体晶体自组装以及以胶体晶体为模板制备有序图案化微结构方面的研究, 由于方法简便、结构多样、重复性好等优点, 近年来受到越来越多的关注. 本文系统总结了我们在胶体微球和胶体晶体领域开展的研究工作, 主要包括: 无机或聚合物胶体微球的设计制备、纳米复合及功能化; 结合聚合物材料可溶涨、可拉伸、热形变等特性构筑图案化胶体晶体、非球形对称胶体晶体、非紧密堆积胶体晶体等特殊结构; 以胶体晶体为模板制备三维大孔骨架、纳米环、纳米碗阵列等有序微结构等.