基于原子力显微镜的自动控制教学实验系统

在商用原子力显微镜的基础上,开发了微纳尺度实时控制教学实验系统。该系统基于“快速原型”的原则进行构建,使用Matlab-xPC Target的宿主机-目标机结构实现实时控制器。通过在宿主机上进行Simulink编程,可以灵活地在目标机中实现自动控制算法,在目标机对原子力显微镜进行实时控制下,完成微纳尺度成像和刻写。该系统不仅有助于提高学生对自动控制原理、计算机控制系统、线性系统理论等课程的学习兴趣,深化对所学理论知识的理解,而且增进了学生对微纳尺度仪器与设备的认识。     

电化学腐蚀制备原子力显微镜探针

研究了实验室条件下采用电化学腐蚀方法制备原子力量微镜探针的工艺及实验参数对探针腐蚀精细程度的影响。实验设备虽然简单,但能制备出实用的探针。在制备过程中变量较多,可操作性强,使学生能深刻理解探针与样品表面相互作用过程,并对原子力显微镜的应用有初步的了解。     

原子力显微镜减震降噪的升级改造

原子力显微镜在表征材料形貌方面有很多其他显微镜所没有的优点,但该仪器易受外界噪音、震动等影响的缺点限制了其更好的发挥作用。针对这一问题,利用隔音棉可吸收部分环境噪音,弹簧悬挂可降低震动的特点,将Agilent5400型原子力显微镜放置于设计加工的屏蔽减震箱内,噪音水平明显降低,仪器工作环境得到的较大的改善。     

原子力显微镜应用于本科实验教学的探索

将原子力显微镜应用于本科综合实验教学,使学生熟悉仪器的使用方法,提高了学生综合实验能力,培养学生的科研意识和创新精神,为学生今后进一步开展科研活动打下了良好的基础。通过实践不仅促进了大型精密仪器与本校光电信息工程本科实验教学的有机结合,而且推动了研究型学习和创新性教学方式的改革。     

虚实一体的原子力显微镜实验系统

研究开发了虚实一体的原子力显微镜实验系统,由AFM原理演示及模拟扫描软件系统、AFM模拟演示探头系统和AFM实验仪器装置等部分组成。开展了AFM实验背景的介绍、相关原理的仿真演示、AFM操作的模拟训练、AFM模拟扫描成像实验数据的测量及相关的实验研究。实现了对学生进行创新思维、操作技能、知识整合等各种层次的训练,并建立了"回顾历史、触摸现在、遇见未来"的四维空间物理实验教学模式,具有低成本、多功能和高效率等特点。该虚实一体的AFM实验系统已在我校得到很好的推广与应用。     

原子力显微镜的工作原理及其应用

原子力显微术是新型的显微技术,其横向分辨率可达到0.1nm,纵向分辨率可达到0.01nm,对于以往的电学显微镜有非常大的提高,是现代微观领域研究的重要工具.该文结合SPA-300HV型显微镜简述了原子力显微镜的功能、优点和实验操作等,着重介绍了原子力显微镜的工作原理及其在各个领域的应用.     

原子力显微镜对水中颗粒物的检测

利用原子力显微镜对渭河、金陵河、清姜河等河流中所采集的水样品中所含颗粒的状况进行扫描分析,为水质的判断提供了一种参考方法。     

原子力显微镜在表面分析中的应用

原子力显微镜(AFM)作为现代微观领域研究的重要工具,在表面分析中具有广泛的应用,它具有非常高的分辨率,是近年来表面成像技术中最重要的进展之一。本文介绍了利用原子力显微镜进行表面分析研究的基本原理以及原子力显微镜的硬件系统组成,重点介绍了利用原子力显微镜在生物、化学、材料等领域进行表面分析的现状。     

原子力显微镜在腐蚀电化学中的应用

介绍原子力显微镜发展的历史,评述了原子力显微镜工作的原理、操作模式以及在电化学腐蚀中的应用和意义。     

模糊PID控制的原子力显微镜仿真平台

为了在传统PID控制的基础上实现参数的实时在线调整,获得更好的控制效果,进行了模糊PID控制的原子力显微镜仿真研究。运用欧拉-伯努利方程对幅度调制模式原子力显微镜(AM-AFM)的探针动态过程进行建模,并依据AM-AFM负反馈控制的系统模型,加入模糊PID控制模块,建立了一套完整的AM-AFM系统仿真平台。根据专家经验并查找模糊规则手册,建立了PID参数的模糊规则表,实现PID参数实时在线调整,实现了高品质的控制;同时,结合Ziegler-Nichols法离线调整出一组初值,并将此初值运用于模糊系统的模糊中心选择,进一步提高了控制效果。运用仿真平台对两个典型样品进行扫描仿真,检验了模糊PID的控制效果,表明模糊PID能显著提高AM-AFM对表面起伏较大的样品的成像质量。     

原子力显微镜在高分子领域的应用进展

原子力显微镜(AFM)是在扫描隧道显微镜(STM)基础上发明的又一种纳米级高分辨率显微技术，目前已在高分子领域获得了广泛的应用．AFM无需对样品进行任何预处理即可对各种材料进行微观区域的表面形貌及机械性能探测，或者直接进行纳米操纵．表文则从表征聚合物聚集态、物理性质、分子量及其分布等几个方面综述了当前AFM应用于高分子材料研究的最新进展和新技术．     

原子力显微镜探针选择及常见故障解决方法

基于针尖和样品之间的各种相互作用力,原子力显微镜(AFM)可用于样品表面形貌、摩擦力等各种物理特性的研究,它是纳米科技研究中一个重要工具。影响AFM测量图像质量的因素很多,如振幅参数、积分增益I、比例增益P、衰减增益和扫描速度等,而探针同样是提高样品表面形貌像成像质量的关键。通过采用控制变量法,并以均方根粗糙度Rq作为评判标准,用不同参数的探针测量同一样品。实验结果表明,探针的共振频率f、弹性系数k、曲率半径Rh等对测量样品粗糙度均有较大影响,可选择合适的探针,提高成像质量。同时,针对仪器使用中出现的一些常见现象及故障,作出了解释和解答。     

AFM-III型原子力显微镜在实验教学中的使用

扫描隧道显微镜(MicroNanoAFM -III型原子力显微镜),简称原子力显微镜,它集STM、AFM接触/非接触/侧向力/轻敲模式于一体,使人们能够通过实验论证,清晰地观察到物质表面的原子排列状态。在实验教学中,让学生通过实际操作,观察和验证量子力学中的隧道效应,真正深入到原子世界,了解原子结构排列的真实图像,对培养学生科研兴趣和创造性思维,使学生对纳米尺度的进一步了解和深入研究具有极其重要的作用。     

原子力显微镜及其在病毒研究中的应用

原子力显微镜a(tomic force microscope,AFM)具有比光镜、电镜更高的放大倍数和极高的分辨率,能在接近生理条件下对生物样品直接表征以及制样过程简单易行等独特优势,已成为生命科学研究中的重要工具.主要概述了原子力显微镜的工作原理及其在病毒学领域的应用进展.     

原子力显微镜形貌像的典型失真和伪迹

简要分析原子力显微镜测量形貌像过程中由于针尖状态、样品状态和环境影响所造成的典型的失真和伪迹.其中针尖状态因素包括针尖钝化、针尖污染、针尖残缺等;样品状态包括弓形轨迹和边界效应;环境影响包括环境振动和电子噪声两个因素.对涉及的某些失真和伪迹,提供和讨论了一些相应的避免方案和图像处理办法以供参考.     

基于原子力显微镜的沥青微观结构观察与表征(英文)

利用原子力显微镜进行沥青微观结构的观察与表征.选用针入度分别为50#和70#的2种基质沥青及一种SBS改性沥青,分析沥青种类及短期老化对微观结构的影响.基于对微观特性的认识,讨论了沥青微观结构与自愈性能之间的联系.研究表明:对于不同沥青,其微观结构形态相差较大,且结构随老化而变化的规律也各不相同.初步推断观测到的蜂状结构是一种结晶体,其分子组成与已有研究观测到的"桥接"自愈现象关系密切.相关结论为沥青微观结构机理和自愈性能研究提供了新的思路.     

原子力显微镜在环境微生物成像中的条件研究

以环境微生物中常见的反硝化菌株S作为模式菌株,研究了原子力显微镜观察菌株S的最适成像条件。结果表明,菌株S的最适扫描频率为0.5Hz,最适的积分常数/比例常数为0.6/0.8,最适的电压输出值为即时变量,应根据力曲线与反馈信号曲线的变化进行即时调整,将二者趋于重合的电压值即为最适电压输出值。     

AFM-Ⅲ型原子力显微镜在实验教学中的使用

扫描隧道显微镜(MicroNano AFM-Ⅲ型原子力显微镜)，简称原子力显微镜，它集STM、AFM接触／非接触／侧向力／轻敲模式于一体，使人们能够通过实验论证，清晰地观察到物质表面的原子排列状态。在实验教学中，让学生通过实际操作，观察和验证量子力学中的隧道效应，真正深入到原子世界，了解原子结构排列的真实图像，对培养学生科研兴趣和创造性思维，使学生对纳米尺度的进一步了解和深入研究具有极其重要的作用。     

原子力显微镜观察DNA与内切酶的相互作用

原子力显微镜是观察DNA与内切酶相互作用比较有效的研究技术。实验中,首先把不同种类的内切酶与DNA在含有钙离子的缓冲液中培育30 min,再通过原子力成像观察其相互作用后的复合物形貌。结果表明,二聚体内切酶EcoRV会结合到λ-DNA的单个识别位点,最终形成珠串状结构,而且对DNA有弯曲作用;另一类型四聚体内切酶BspMI除了可以结合λ-DNA的单个位点外,还可以结合2个识别位点而形成圆环状结构。此结果可以直观地观察到两种内切酶与DNA的作用形态,同时对DNA的弯曲与成环等结构给出直接证据。最后给出两种内切酶与DNA相互作用的模型图。     

基于调制随机共振大频率信号检测的仿真

研究了调制随机共振利用傅里叶变换的频移特性解决大频率输入信号（频率大于1）的检测问题。首先利用调制系统将信号的频率转换为产生随机共振适宜的频率,再利用随机共振系统中噪声和信号的协同作用,实现强噪声背景下大频率周期信号的检测。