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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

岩土材料的微观结构和微观力学（英文）

岩土材料（如黏土、砂土、岩石和混凝土等）在颗粒尺度上均具有独特且明显的微观结构（如组构、粒径、颗粒形状、矿物组成、接触模式和内部孔隙等）。这些颗粒尺度的微观结构较难直接观察,但对岩土材料的宏观物理力学行为（如剪切强度、压缩性和渗透性等）有着显著的影响。近年来,各种新型岩土工程材料（如纤维增强土和生物加固土）表现出更加复杂的微观结构。岩土材料微观结构对材料工程性质的影响促使人们采用更加先进的理论、实验和数值方法对其进行探索,从而大大加深了人们对宏微观力学的认识与理解。为分享岩土材料微观结构和微观力学的最新研究进展,本专辑收集了在该研究领域具有代表性的研究成果,涵盖了颗粒-颗粒和颗粒-流体相互作用、X射线计算机断层扫描观测技术及其应用、颗粒破碎和颗粒形状的影响、岩石裂隙扩展等方面。希望本专辑能加强读者对各个研究领域的理解,并进一步推动多场多尺度问题的应用和发展。     

不同扫描速度下的导电原子力显微镜电流测试研究

导电原子力显微镜(C-AFM)可在微观尺度下同时检测表征材料表面形貌和导电状态,是重要的材料表面表征设备。针对C-AFM测试过程中电流信号失真的问题,研究了其产生的规律,并提出了解决的措施。首先使用原位纳米力学测试系统在砷化镓(GaAs)表面制作出纳米划痕,再利用C-AFM对GaAs表面的划痕进行形貌和电流信号检测,并与GaAs表面做以对比。实验结果表明:在低偏压未导通的情况下,针尖的扫描方向和扫描速度对电流信号的检测有显著影响,当针尖垂直于划痕扫描时,可得到起伏的电流信号,而平行于划痕方向扫描时,则无明显的电流信号;划痕处电流信号的产生与C-AFM的扫描速度大小有关,速度越大,电流波动越明显;降低速度可有效避免这种形貌起伏(如表面沟槽)所致的电流波动的产生。分析表明,这种电流波动的产生与C-AFM探针悬臂梁在针尖经过材料表面的剧烈起伏时所产生的位移电流有关。研究结果提供了C-AFM扫描过程中避免错误电流信号干扰的方法。     

基于AFM的物质表面结构及性质表征虚拟实验平台

建设虚拟实验能推动精密、昂贵且操作复杂的实验在基础物理实验教学中开展,满足学生多元化的学习需求,实现新冠疫情下实验课程"停课不停学".该文介绍了一种原子力显微镜虚拟实验平台.该平台基于PID控制、悬臂运动、探针-样品相互作用力等多种模型对原子力显微镜整个操作流程进行建模,采用Unity3D技术将原子力显微镜仪器虚拟化....     

用显微镜观察样品表面结构的方法

用显微镜的暗视野功能观察小样品的表面结构,图象效果比用体视镜观察更好,也比用扫描电镜廉价、简捷,是一种显微观察的好方法。     

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．     

浅谈电的作用力线与氢原子光谱

电的作用线对宏观现象的描述与常规由实验证实的物理规律是吻合的,根据电的作用力线的概念将电的作用采用物理分析的方法应用到粒子的层次,由此得出一些新的物理规律.     

钢箱梁桥铺装用环氧沥青材料制备和表征

制备两组分的热固性环氧沥青,其中一个组分是顺酐化沥青、环氧树脂的固化剂和促进剂,另外一个组分是环氧树脂.分别使用Brookfild粘度计、拉伸实验和MTS研究了沥青的铺装适用性和混凝土性能.结果表明:尽管加入的顺酐仅有50%~60%与基础沥青发生了反应,但是与未对沥青进行顺酐化比较,其固化速率、断裂延伸率和抗拉强度等都有显著的提高.4%顺酐改性的沥青和固化剂结合与环氧树脂固化后具有平均断裂延伸率281.9%,平均强度2.63MPa,固化混凝土的Marshell稳定度37.0kN,未固化混凝土的Marshell稳定度10.2kN,耐疲劳实验1 200万次试件无破坏.     

测量薄膜表面粗糙度方法的研究

表面粗糙度是衡量产品表面质量的重要参数,随着表面加工精度的不断提高,产品的表面粗糙度也由微米级别向纳米级别发展。触针式表面轮廓仪是国家标准规定的测量表面粗糙度的方法,而原子力显微镜是测量表面粗糙度的新型仪器。通过对比原子力显微镜和表面轮廓仪的测量结果,分析了表面轮廓仪误差产生的主要原因,并提出了利用原子力显微镜测量薄膜纳米级表面粗糙度的方法。     

进口高强度螺栓的组织与性能研究

对几种冲压模具用的进口高强度螺栓的成分、组织、加工工艺和力学性能进行了研究。蛄果表明,几种进口螺栓材料为含有Cr、Ni等舍金元素的中碳低合金钢。热处理工艺为调质处理,碳化物颗粒非常细小均匀。拉伸断口扫描电镜观察分析表明，断口微现形貌特征为较深的韧窝。力学性能测试结果表明,进口螺栓的抗拉强度在1000MPa以上，硬度在HRC40附近。根据解剖分析结果。选择了三种国产材料45号钢、40Cr和42CrMo钢，采用调质、淬火和中温回火、等温淬火三种热处理工艺。然后对其组织和性能及微观组织进行测定，结果表明，40Cr和42CrMo经850℃油淬和450℃回火后的组织和性能与进口螺栓材料基本相同。     

激光诱导聚合物表面周期性微结构的快速制备研究

采用波长355nm的紫外偏振激光，通过步进扫描法在聚酰亚胺（BDTA—MMAD）薄膜表面制备了激光诱导周期性表面微结构（LIPSS），采用原子力显微镜（AFM）分析了LIPSS图形质量及几何尺寸，考察了X、Y方向扫描速度和扫描步长等参数对LIPSS制备的影响，发现随着X方向扫描速度和Y方向扫描步长的增大，由于薄膜表面受到激光辐射累积能量降低，LIPSS图形质量明显下降。但是，在提高Y方向扫描步长的同时提高激光辐射能量，仍能在较快速度下制得规则的LIPSS结构。根据实验结果提出了实现LIPSS快速制备的优化条件，并探讨了LIPSS的形成机理。     

基于细观结构有限元模型的环氧沥青混合料间接拉伸试验研究

运用有限元方法建立环氧沥青混合料细观结构模型,对其间接拉伸试验(IDT)进行数值模拟.首先借助图像处理技术得到由集料和沥青砂浆组成的环氧沥青混合料二相细观结构,并通过蠕变试验获取沥青砂浆常温下的黏弹性材料参数,最后结合有限元手段建立包含集料、砂浆等在内的混合料细观结构有限元模型.数值模拟结果表明,有限元计算的混合料劲度...     

液晶显示器定向层静电损伤的实验观测

在液晶显示器制造中对基板上的聚酰亚胺(PI)摩擦形成定向层。在电极间隙处容易发生定向层的聚酰亚胺静电损伤。通过偏光显微镜和原子力显微镜(AFM)对定向层正常区域和静电损伤区域进行观测,我们发现,与正常区域比较损伤区域失去了沟槽结构。因此,损伤后PI对液晶分子取向作用失效的机制是沟槽结构的消失。