基于AFM偏转信号的下压效应补偿及样品表面特性测量方法

原子力显微镜（atomic force microscope,AFM）作为微纳米研究中的重要工具,被广泛地应用于微纳米尺度上样品表面高度的测量.但是,AFM扫描时针尖对样品存在下压效应,即扫描得到的样品表面高度由于针尖施加的压力而小于其真实值.而至今为止,还没有一种快速、有效的补偿下压效应所带来的高度测量误差的方法.本文通过对AFM工作原理及其下压效应机理的详细分析,充分利用AFM偏转测量和高度测量的信息冗余性及互补性,提出了一种利用数据融合和参数辨识来自动补偿AFM下压效应的方法。首先,通过力曲线概念分析了下压效应的产生机理;然后,从力曲线出发,提出一种基于信息融合和参数辨识的AFM下压效应的补偿方法.值得指出的是,由于力曲线斜率是样品表面弹性特征的一种有效表示方式,本文算法在提高AFM高度测量精度的同时,还能够自动（在线）地获取样品的表面弹性特征,从而进一步扩展了AFM的应用。最后,通过扫描滴在硅基底上的多壁碳纳米管以及云母基底上的石墨烯进行了试验研究,以验证该方法的正确性和有效性。     

亚微米PZT阵列制备及铁电性能研究

采用感光溶胶-凝胶法, 在ITO/石英基板上制备了具有紫外感光性的PZT前驱溶胶及凝胶薄膜. 利用薄膜自身的感光性, 采用He-Cd紫外激光双光束干涉和二次曝光工艺, 结合有机溶剂溶洗和600℃, 15 min热处理, 制备了点阵周期为1 μm, 阵列格点尺寸为480 nm×480 nm×40 nm的PZT薄膜阵列. 并将原子力显微镜(AFM)和铁电测试仪联用, 采用具有导电涂层的探针, 通过扫描获得铁电阵列的三维图像. 据此图像, 把探针定位于特定的微小格点上, 由铁电仪通过AFM探针提供电压, 并经探针将测试信号反馈给铁电仪, 以获得格点的电滞回线. 结果表明, 亚微米量级的PZT阵点随外电场的变化可以实现极化反转, 表现出明显的铁电特性.     

层状二硫化钼纳米薄膜的制备及其光学特性

通过化学气相沉积法(CVD),以三氧化钼(MoO_3)粉末和硫(S)粉末作为反应物,将二硫化钼(MoS_2)纳米薄膜直接沉积到石英衬底上.通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行了观察.发现所生长的MoS_2薄膜为纳米层状结构.通过拉曼光谱和光致发光光谱对生长的薄膜进行结构及光学性能分析.结果表明生长的纳米薄膜中有单层、双层和三层MoS_2薄膜的存在,同时在单层、双层和三层MoS_2薄膜中观察到了光致发光现象.并分析解释了MoS_2纳米薄膜从体材料向单层转变时能带结构的变化.     

基于液相AFM的植物黏液功能界面超微结构及其机械特性研究

生物黏液在生命活动过程中起着重要的调控作用,然而由于缺少合适的观测手段,目前对于天然状态下生物黏液功能界面超微结构的认知还很不足.原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的出现为原位研究生物材料的结构和特性提供了新的强大工具,但现有的研究主要在空气环境下进行观测,研究结果难以完全反映溶液状态下的生物材料结构.本文以食虫植物茅膏菜分泌的黏液为研究对象,利用AFM直接在液相环境下实现了对生物黏液纳米结构的高分辨率成像及分析.分别将茅膏菜黏液平铺至载玻片和云母表面,在溶液环境下的AFM成像结果显示茅膏菜黏液中含有大量纳米颗粒.作为对照,在空气中进行的AFM成像结果显示干燥后的茅膏菜黏液中含有大量纳米纤维结构,表明了茅膏菜黏液在空气环境下与溶液环境下的结构差异.进一步利用AFM多参数成像方法对溶液环境下茅膏菜黏液纳米颗粒和纳米纤维的机械特性进行了可视化表征并揭示了纳米颗粒和纳米纤维机械特性的显著差异.研究结果为生物黏液功能界面超微结构原位成像及机械特性研究提供了新的方法和思路,对于生物材料研究具有广泛的基础意义.     

原子力显微镜探针与样品的微观接触及黏滑数

原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)的扫描探针、针尖以及样品组成了一个微观接触、弹性变形、相对运动和摩擦的系统. 采用微尺度黏着接触理论的M-D模型, 研究了微探针针尖和样品表面的弹性接触和相对运动, 探究了扫描过程中能量的转换和耗散过程. 推导出了无量纲的黏滑数, 模拟出了不同黏滑数下的AFM侧向力信号: η＜1时, AFM侧向力信号十分微弱, 没有剧烈突变; η = 1时, 出现针尖跳跃现象(对应微观黏滑现象), 但没有能量损耗; η＞1时, 针尖跳跃滞后加强, 黏滑现象明显, 并且伴随能量耗散. 该无量纲参数揭示了微观黏滑现象产生的机理, 统一地表示了探针刚度、结构参数、黏着接触表面、载荷、样品形貌以及扫描参数的综合作用和影响, 并与现有的AFM测试结果吻合良好. 最后, 提出了从AFM侧向力信号中定量提取摩擦力信号的分析方法.     

激光聚变靶球充气微孔扫描探针加工技术研究

为解决核聚变激光靶球诊断气体充气问题及满足充气微孔良好的堵胶工艺性, 基于扫描探针显微镜的金刚石探针为工具, 采用接触力扫描方式对靶球充气微孔进行了微加工工艺研究. 研究了金刚石针尖扫描方向、扫描速度及扫描接触压力等工艺参数对微孔形成的影响, 得到了较准确的锥状孔型, 其孔型尺寸与加工精度满足微孔充气及其堵胶工艺性的要求. 实验结果表明, 利用扫描探针显微镜作为工具并通过加工工艺研究, 可以实现靶球充气锥型微孔的精确加工, 为靶球高Z气体的注入提供了一种新的实用技术.     

多视观测下雷达转台目标成像的关键参数估计

转台目标模型是逆合成孔径雷达等高分辨率雷达成像系统的基本模型,联合利用多视角观测数据可有效提高转台目标的成像分辨率.针对目标转速、多观测视角差等先验条件未知的转台目标观测情形,文中提出一种基于距离多普勒图像域散射中心位置提取的目标转速、等效旋转中心及各次观测视角差的顺序估计方法.进而,结合卷积逆投影(CBP)算法,形成雷达转台目标高分辨率融合成像的完整方案,取得了优于单视角观测的成像分辨率.同时,分析了参数估计方法的性能及影响性能的若干因素,并通过Monte Carlo仿真验证了性能分析结果.最后,数值实验结果进一步验证了所提供参数估计方法的有效性.     

基于原子力显微镜的阳极氧化技术及其在碳纳米管氧化切割与焊接中的应用

探针阳极氧化是构建纳米结构,制造纳米器件的重要技术之一,本文对该技术中基于原子力显微镜（AFM）的阳极氧化进行了新的研究．通过对氧化加工中微观电场在基底表面分布情况进行模拟,分析了氧化结构的特征与电场分布的关系,通过实验研究分析了不同加工因素对氧化加工的影响．在这些研究基础上利用AFM阳极氧化技术实现了对碳纳米管（CNT）的氧化切割及焊接,为CNT基纳米器件的装配及制备提供了新的技术途径．     

高焓流动中电子密度的静电探针测试技术研究

高焓激波风洞能够产生模拟高马赫数飞行条件的气流总温,是研究高温气体效应以及通讯中断问题的有效地面试验设备.本文在JF-10高焓激波风洞总焓16 MJ/kg、总温7900 K的高超声速试验气流状态下,采用能够获得足够空间分辨率且不影响流场结构的针状探针,发展了静电探针测试技术并对10°尖劈模型流场进行了电子密度测量.试验结果表明:研制的探针能够获得模型流场空间电子密度分布规律且具有较好的测量重复性;恒定偏压方法能够获得耦合流场参数的无量纲电子密度,而发展的新型高频扫描电路能有效降低扫描电路中的干扰噪音,提高测量的精度,获得定量电子密度值.     

异步旋转扫描式综合孔径干涉成像方法

综合孔径干涉成像技术在光学、射电天文学和微波遥感等领域都有很深的应用背景,随着应用需求的增长,其面临的一个主要障碍是系统结构过于复杂,这尤其不利于星载应用.为解决此问题,提出了一种异步旋转扫描分时采样成像方法,即采用两组子孔径阵绕同一中心以不同的转速进行异步旋转扫描.这种方式既可以得到较均匀的扫描轨迹,又可以自由灵活地实现系统复杂度和时间分辨率之间的平衡转换,从而可以在牺牲时间分辨率的情况下进一步稀疏子孔径阵列,以至于特定情况下简化到只需要两个子孔径.对异步旋转扫描的基本规律和设计方法进行了研究,并利用Gridding算法对其螺旋采样数据进行成像处理,最后针对地球同步轨道对地观测和太阳极轨射电天文观测两种潜在应用背景进行成像仿真,验证了此方法的实际可行性和有效性.     

Structure of rat tail tendon collagen examined by atomic force microscope

The Atomic Force Microscope (AFM) was used to inspect collagen fibrils deposited on mica sheets at different fibrillogenesis times. Collagen was obtained from rat tail tendon fibers. Various fibril forms were observed, together with the characteristic periodic intra-fibril structure (D-bands). The fibril thickness, width, D-band periodicity and depth were measured and the statistical distribution of these parameters at 1, 2, 5, 10 and 15 days of in vitro fibril formation time was calculated. The fibrils showed an increasing size with time, but the band interval measure remained stable. The band depth, after an initial increase, exhibited a relative steadiness. The results indicate that AFM offers, at low resolution, images qualitatively similar to those obtained with electron microscopy, but with less manipulation of the sample. A quantitative evaluation of collagen structural features in the nanometer scale is made possible by AFM.     

Rapid recording of the fluorescence spectrum emitted by an isolated living cell]

In order to use the selectivity of fluorescence emission for biomedical purposes, a microspectrofluorimeter has been built around an inverted microscope. The excitation is supplied by a 450 W Xenon lamp coupled with a monochromator allowing excitation from 230 to 600 nm. The fluorescence is analysed by a Grism (association prism-grating) and the spectrum focused on the 500 channels of the target of an Optical Multichannel Analyser. Related to good resolution and dispersion (0.44 nm/channel), improvement of signal to noise ratio (dark current suppression, and accumulation of spectra), this microspectrofluorimeter with high sensitivity is well adapted to the study of biological mechanism in single living cells (macrophages, monocytes, lumphocytes).     

基于人眼状态识别的驾驶员疲劳检测方法研究

提出一种基于眼睛状态识别的驾驶员疲劳状态检测的方法。首先通过建立肤色模型分割出人脸区域,再利用搜索连通域的方法实现眼睛区域的定位;然后计算出眼睛区域的垂直积分投影曲线,提取并比较曲线的特征参数,从而识别眼睛的状态;最后以眼睛闭合时间比率为测量标准实现对驾驶员疲劳程度的检测。实验表明,该方法简单、有效、实时性较好,疲劳检测的正确率较高。     

Hybridization histochemistry

Summary The location of gene expression by hybridization histochemistry is being applied in many areas of research and diagnosis. The aim of this technique is to detect specific mRNA in cells and tissues by hybridization with a complementary DNA or RNA probe. Requirements for optimal specificity, sensitivity, resolution and speed of detection may not all be encompassed in one simple technique suitable for all applications, thus appropriate procedures should be selected for specific objectives. With reference to published procedures and our own extensive experience, we have evaluated fixatives, probes, labels and other aspects of the technique critical to the preservation and hybridization in situ of mRNA and detection and quantition of hybrids.     

Hybridization histochemistry

The location of gene expression by hybridization histochemistry is being applied in many areas of research and diagnosis. The aim of this technique is to detect specific mRNA in cells and tissues by hybridization with a complementary DNA or RNA probe. Requirements for optimal specificity, sensitivity, resolution and speed of detection may not all be encompassed in one simple technique suitable for all applications, thus appropriate procedures should be selected for specific objectives. With reference to published procedures and our own extensive experience, we have evaluated fixatives, probes, labels and other aspects of the technique critical to the preservation and hybridization in situ of mRNA and detection and quantitation of hybrids.     

Impact of thickness of GaN buffer layer on properties of AlN/GaN distributed Bragg reflectors grown by metalorganic chemical vapor deposition

We studied the impact of the thickness of GaN buffer layer on the properties of distributed Bragg reflector (DBR) grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The samples were characterized by using metallographic microscope, transmission electron microscope (TEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray diffractometer (XRD) and spectrophoto- meter. The results show that the thickness of the GaN buffer layer can significantly affect the properties of the DBR structure and there is an optimal thickn...     

直读光谱法测定钢中的Pb、As、Sn、Nb的研究

钢中Pb、As、Sn、Nd等痕量元素对钢材性能影响很大，近年来开发的钢材系列新产品要求对Pb、As、Sn、Nb等痕量元素进行控制，但采用光谱分析这些元素从未进行研究过。本文选用ARL4460直读光谱仪，通过对仪器检测限和精度的试验、分析条件和样品加工工艺等方面的探索。解决了直读光谱仪仪器分析的系列问题，使ARL4460直读光谱仪高效率应用于钢中Pb、As、Sn、Nb等痕量元素的现场分析。     

基于STM32的太阳能跟踪系统设计

基于先进Codex—M3内核的微处理器STM32,结合双电机驱动器与高精度光敏传感器,研究并设计了一套高精度太阳能跟踪系统。该系统以实时时间为基准精确追踪太阳位置,以光敏传感器进行误差修正,利用STM32优越的PWM方式控制电机,实现太阳能接受效率的最大化。实验结果表明,系统工作稳定可靠,基本实现了对太阳的实时跟踪。     

Demonstration of cobalt in histological sections using ion microanalysis by high mass resolution : application to the study of experimental chronic epilepsy in the rat]

Cobalt is specifically detected in ion microanalysis by high mass resolution. This method allows detection of the remaining cobalt in histological sections of Rat's cortex, after treatment by topic application of cobalt powder and demonstrates a diffusion of the metal into the epileptic area.     

Visualization of opiate receptors in the locus coeruleus of rats: high resolution radioautography after administration of a tritiated met-enkephalin analog]

Opiate receptor sites were visualized by high resolution radioautography in the locus coeruleus of the Rat following intraventricular injection of the met-enkephalin analogue FK 33-824 tritiated with a high specific activity (3H-FK). After administration of a tracer dose of 3H-FK, more than 75% of the radioactivity detected in the locus coeruleus is specifically bound to opiate receptor sites. These are distributed both between and inside neuronal perikarya. After administration of 3H-FK at high concentration, electron microscope radioautography shows the presence of specific opiate binding sites at the level of axo-somatic and axo-dendritic synaptic junctions. These synaptic binding sites could correspond to receptor sites for endogenous enkephalins.