浮选固液界面性质的表征技术研究进展

浮选是发生在固、液、气三相界面的物理化学过程,其界面性质影响矿物颗粒的分选效果,尤以固液界面的影响更为显著。因此,分析浮选药剂与矿物表面的界面作用是强化浮选过程的重要途径。本文综述了耗散型石英晶体微天平、原子力显微镜、表面力仪、和频振动光谱以及分子动力学模拟等表征技术在固液界面性质研究中的应用,从宏观到微观尺度分析浮选药剂与矿物表面的界面作用及空间匹配机制,分析各种表征手段的特点及优势。为深入研究浮选固液界面性质,未来可结合多种先进测试技术,发展多功能表征仪器,从多角度精确解析界面间相互作用及其性质变化。     

MOCVD Al_xGa_(1-x)N/GaN超晶格结构的界面与表面表征

采用掠入射X射线反射谱技术和原子力显微镜表面形貌技术对AlxGa1-xN/GaN超晶格结构的界面与表面进行了表征,将反射谱数据与X射线衍射结果结合获得了垒层组分及阱层宽度与界面粗糙度的关系.掠入射X射线反射谱的显著强度振荡与原子力显微镜所观察到的台阶流动形貌表明了平整的界面和表面的存在.研究发现,低Al组分(x=0.15)阱宽小的样品界面与表面粗糙度最小.     

利用原子力显微镜表征页岩孔隙结构特征

页岩储层孔隙结构复杂,非均质性强,矿物组分多样,这些储层特性加大了页岩油的开采难度。为了更好地表征页岩孔隙结构,利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)技术,结合Gwyddion软件对大港、吉木萨尔和松辽盆地页岩的孔隙结构以及表面粗糙度进行了表征。结合快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)分析页岩的非均质性,采用分水岭法识别孔隙分布特征,分析不同地区页岩储层的孔隙结构差异。原子力显微镜可以对页岩的表面形貌进行表征,通过平均粗糙度、均方粗糙度、表面偏度和峰度系数等参数对表面粗糙度进行评价,可以准确表征页岩纳米级的孔隙结构,包括孔隙数量、孔隙大小、孔隙面积、孔隙体积和孔隙度等。结果表明：大港和吉木萨尔页岩的表面高度较高,松辽盆地页岩表面高度较低,大港页岩非均质性较强,孔隙主要以微孔为主,吉木萨尔页岩和松辽盆地页岩非均质性较弱,中孔和宏孔数量较多,孔隙发育较好。     

扫描探针显微镜在材料表征的应用

作为一种广泛应用的表面表征工具,扫描探针显微镜(SPM)不仅可以表征三维形貌,还能定量地研究表面的粗糙度、孔径大小和分布及颗粒尺寸,在许多学科均可发挥作用.综述了国外最新的几种扫描探针显微表征技术,包括扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)和近场扫描光学显微镜(SNOM)等方法,以纳米材料为主要研究对象,展示了这几种技术在表征纳米材料的结构和性能方面的应用.     

原子力显微镜在膜技术中的应用

在简要介绍原子力显微镜(AFM)的工作原理和特点的基础上,详细阐述了原子力显微镜在三维形貌观测、膜的表面粗糙度、膜的透过通量、成分分析、成膜机理研究和膜表面污染程度等方面的应用,进一步比较原子力显微镜与其他显微分析技术的不同.原子力显微镜在膜技术方面显示了强大的应用能力,由此推动膜技术的迅猛发展.同时,AFM存在一些不足,对于组成复杂的薄膜,不能获得深层次的结构和化学分析.因此,AFM需要研发更多新的分子探针,以实现对薄膜多种组分的识别和成像.     

AFM对TiN薄膜和聚酰亚胺微观结构的分析

论述了一种高精度的原子力显微镜AFM．IPC-208B型机在分子形态学方面的应用．以磁控溅射获得的TiN薄膜和普通的聚酰亚胺纤维为例,从原子力显微镜测得的三维图上探析该TiN薄膜的优先生长面及其在优先生长面上的原子排布和聚酰亚胺的表面形态．这种实验不仅鉴定了测试材料的微观形态,也充分肯定了该原子力显微镜原子量级的精度及其在微观结构领域的潜在发展,为该机应用于微加工领域奠定了基础．     

原子力显微镜和扫描隧道显微镜兼容系统的研制

扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）由于具有原子量级的分辨率,所以在表面物理,化学,生物学领域得到了越来越广泛的应用。但是,扫描隧道显微镜只能观察导电样品,这就限制了它的应用范围。     

原子力显微镜在癌细胞观察和研究中的应用

原子力显微镜(AFM),能够在接近生理条件下以具有原子级的分辨率对活细胞进行表面成像和超微结构观察,同时可以研究细胞的生物过程、细胞与药物之间和细胞之间的相互作用,成为细胞生物学研究的一种有效工具.近年来AFM在细胞生物学研究中的应用进展很快,许多研究成果在生物医学和临床医学方面有良好的应用前景.本文分析了原子力显微镜的成像机理、工作模式和技术要点,综述了原子力显微镜在癌细胞的研究应用现状和前景.     

碳纳米管探针对小鼠IgG蛋白的纳米表征

碳纳米管探针是原子力显微镜新一代探针,在柔软生物样品的微观形貌表征领域有重要的应用价值.研究和分析了碳纳米管原子力显微镜探针和普通硅探针对小鼠IgG蛋白形貌的表征能力.通过原子力显微镜实验对比研究发现,普通硅探针容易对IgG蛋白产生显著的压痕,而碳纳米管探针具有良好的柔韧性,能显著减小成像时对柔软的生物样品的损伤.硅探针与样品间存在较大的毛细力,会降低探针的分辨率;由于碳纳米管疏水,纳米管探针能显著减小毛细力的影响,能高分辨率地检测IgG蛋白,充分发挥纳米管探针的高分辨率优势.     

原子力显微镜成像及力谱在生物研究中的应用

原子力显微镜自发明迄今,已被应用于生物研究的各个领域,展示了其广泛的应用前景。本文将主要结合我们及其他研究小组的工作,简要介绍原子力显微镜成像和力谱技术的基本原理,较系统地综述其在生物研究中的应用。所涵盖的生物分子包括核酸、蛋白质、磷脂、多糖、细胞/细菌以及病毒等。最后探讨和展望了该领域的广阔发展前景。     

金属材料表面的纳米尺度研究

简要介绍了原子力显微镜的工作原理、操作模式及其在金属材料微观表面形貌。对钢和铜金属表面进行了二维表面形貌、三维立体形貌和表面粗糙程度分析,结果显示不同的金属表面形貌及粗糙程度具有迥异的特征。阐述了原子力显微镜在金属材料研究中广泛的应用,有着广阔的应用前景。     

科教融合的新型综合化学实验设计

石墨烯是近年来的研究热点,在化学、能源与材料科学领域备受关注.文章设计了一个化学综合创新实验——氧化石墨烯修饰电极的制备及在电化学传感中的应用.实验内容包括氧化石墨烯的表征、氧化石墨烯修饰电极的制备与性能研究及其在电分析检测盐酸去氧肾上腺素中的应用.利用透射电子显微镜和原子力显微镜表征氧化石墨烯的形貌;利用紫外-可见吸...     

矿物颗粒表面润湿程度的表征及应用

为表征矿物颗粒表面的润湿性,应用表面化学理论分析了润湿接触角、润湿热与润湿程度的关系,探讨了润湿程度的表征方法。结果表明：矿物颗粒润湿是自发过程,润湿类型决定润湿程度;润湿热与润湿接触角成反比,两者均可表征矿物颗粒的润湿程度。应用实例验证了润湿热表征矿物颗粒润湿程度和润湿过程的可行性,为科学研究和生产实际提供了技术理论支持。     

柔性衬底上铝背电极制备及相关特性研究

采用射频磁控溅射技术在聚酰亚胺柔性衬底上制备硅基薄膜太阳能电池用铝背电板,研究了不同溅射功率和工作气压条件对铝电极薄膜性能的影响.利用原子力显微镜分析表征了薄膜的表面形貌和粗糙度,薄膜的电学性能和光学性能分别采用四探针测量仪和紫外可见近红外分光光度计进行分析表征.测试结果表明:随着溅射功率的增加,薄膜表面均方根粗糙度迅...     

用原子力显微镜研究聚苯乙烯胶体颗粒的特性

以聚苯乙烯胶体颗粒为研究对象,主要讨论均分散聚苯乙烯胶体颗粒的制备、用原子力显微镜研究样品的各种物性．首先寻找合适的方法合成均分散聚苯乙烯微球,制备较均匀的胶体颗粒：然后用原子力显微镜分别从样品表面微观形貌的直观的三维结构信息,及表面在纳米尺度上表现出来的物理、化学性质进行测试;最后对获得的数据进行分析,并对其性质进行表征．结果表明：无皂乳液法,为制备单分散聚苯乙烯微球的有效方法;通过分析聚苯乙烯颗粒样品表面孔径大小和分布,显示了原子力显微镜在分析样品表面形貌结构方面有其特有的优势,它非常适合用于研究纳米尺度上样品。     

土壤中无机纳米微粒的自组装行为研究

采用超声波分散和离心分离的方法分离出土壤无机纳米微粒.通过透射电镜观察发现土壤中无机纳米微粒的形态主要有圆球状、片状、柱状、锥状、核状,并且不同形态的纳米微粒由溶胶向非溶胶状态转化时呈线性凝聚.通过原子力显微镜观察发现,组装团聚是土壤团聚体形成的真正机制.土壤无机纳米微粒在矿物表面和气液界面能发生自组装作用,土壤无机纳米微粒在矿物表面的自组装行为与矿物表面的特性有关,在活化矿物表面容易发生自组装反应,而非活化矿物表面则不容易发生反应,活化矿物表面的自组装与气液界面的组装作用非常相似.     

原子力显微镜与磷脂双层膜作用实验结果理论分析

 利用原子力显微镜研究生物膜力学性质,已经成为研究生物膜稳定性的重要技术。通常,原子力显微镜探针和磷脂双层膜相互作用力谱曲线包括非线性部分和线性部分,其中线性部分的物理机制仍不完全清楚。将磷脂双层膜看作弹性半空间,基于相互作用原理,系统地研究了原子力显微镜探针与磷脂双层膜相互作用过程,理论结果包含了能够表征磷脂双层膜稳定性的重要参数：杨氏模量和泊松系数,以及原子力显微镜探针尖端半径。不仅合理地揭示了H. J. Bütt的实验结果曲线中线性部分的物理机制,还指出,通过增加离子浓度,磷脂双层膜的杨氏模量增大和泊松系数减小,从而导致原子力显微镜探针与磷脂双层膜之间的相互作用力随着离子浓度增加而增加。     

各向异性随机表面参量的光散射测量

用原子力显微镜对粗糙硅表面进行了形貌测量,发现其高度分布的各向异性,根据光场分布特点,结合晶片样品表面的散射方位曲线,在入射角是75°的情况下,沿着散射方位曲线测量了样品表面的光散射轮廓,引入自仿射分形随机表面模型,利用傅立叶变换法对光的散射轮廓进行定量分析,成功提取了随机表面参量,并与在原子力显微镜下测量样品表面高度分布经计算所得的数据相比较,验证所得参量的正确性.     

单晶硅表面有机硅烷/稀土复合自组装膜的摩擦磨损性能

利用分子自组装技术,在单晶硅表面制备了MPTS MPTES /稀土复合自组装膜.利用接触角测定仪、原子力显微镜和X射线光电子能谱仪分析表征了薄膜的组成和结构;采用DF-PM型静-动摩擦系数精密测定仪评价了薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明：稀土元素可以组装到氧化后的硅烷化表面而形成MPTS-MPTES /稀土自组装复合薄膜.在较低载荷下,薄膜不但摩擦系数较低,同时也表现出良好的耐磨性和摩擦稳定性,显示了其在微型机械表面改性的潜在应用前景.     

读者之声

本期学术论文审稿意见三则原子力显微镜(AFM)是继扫描隧道显微镜(STM)之后发展起来的一种原子级分辨率扫描显微镜,可用于导体、半导体和非导体材料表面的结构研究,在表面科学、材料科学和生命科学等领域研究中具有特殊意义。本期第43~46页发