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利用原子力显微镜研究致密砂岩储层黏土矿物形貌特征 被引量:1
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作者 王坤阳 杜谷 +1 位作者 王冠 何佳乐 《岩矿测试》 北大核心 2025年第2期245-253,共9页
致密砂岩气作为非常规油气资源的重要组成部分,对其储层矿物学特征的研究一直以来都是非常规油气领域研究热点。黏土矿物作为致密砂岩储层的主要组成矿物之一,目前对其形貌特征的研究主要依赖于电子显微术,但受其表面电荷吸附性及样品... 致密砂岩气作为非常规油气资源的重要组成部分,对其储层矿物学特征的研究一直以来都是非常规油气领域研究热点。黏土矿物作为致密砂岩储层的主要组成矿物之一,目前对其形貌特征的研究主要依赖于电子显微术,但受其表面电荷吸附性及样品表面导电膜二次改造的影响,很难对其表面形貌特征进行准确的精细刻画。然而,致密砂岩储层主体孔径在20~500nm,伊蒙混层黏土、绿泥石、伊利石等黏土矿物为纳米孔隙发育的主要矿物之一,随着致密砂岩储层微纳米孔隙系统的研究深入,黏土矿物纳米形貌特征的研究对于致密砂岩储层评价显得愈发重要,因此,对黏土矿物纳米/亚纳米形貌特征的研究对于储层评价具有重要的意义。本文利用原子力显微镜(AFM)观察到川西须家河组致密砂岩晚成岩阶段中伊蒙混层黏土矿物发育平行阶梯条纹,阶梯的两面凹角处形成了大量的纳米孔隙,是无机纳米孔隙的主要组成部分;绿泥石主要呈面平棱直的理想晶体生长终态,生长层在纵向上有规律地无隙叠置,晶体处于一个稳定的状态;伊利石发育平行阶梯条纹或波纹状阶梯,晶体形态不规则,处于亚稳定状态。其次,川西须家河组晚成岩阶段的黏土矿物构造背景相似、经历的成岩演化序列相同,但是通过AFM观察到川西须家河组晚成岩阶段不同种类黏土矿物晶体形态各异、晶面阶梯发育程度不尽相同,表明黏土矿物的形貌特征与成岩作用之间存在着空间耦合关系。 展开更多
关键词 原子力显微镜 致密砂岩 伊蒙混层黏土 绿泥石 伊利石 生长阶梯 川西须家河组
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基于原子力显微镜的煤岩微观孔隙结构与力学性质研究 被引量:1
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作者 赵石虎 李勇 +4 位作者 刘雅利 王延斌 刘曾勤 陈刚 陈新军 《石油实验地质》 北大核心 2025年第1期173-183,共11页
煤岩孔隙结构与力学性质是煤层气地质评价的关键参数,反映煤的储集性与可压性。以山西沁水、大同等盆地4块煤样(大同侏罗系煤、镜质体反射率R_(o)=0.91%,古交山西组2号煤、R_(o)=1.34%,古交太原组8号煤、R_(o)=1.70%,翼城山西组2号煤、R... 煤岩孔隙结构与力学性质是煤层气地质评价的关键参数,反映煤的储集性与可压性。以山西沁水、大同等盆地4块煤样(大同侏罗系煤、镜质体反射率R_(o)=0.91%,古交山西组2号煤、R_(o)=1.34%,古交太原组8号煤、R_(o)=1.70%,翼城山西组2号煤、R_(o)=1.77%)为研究对象,基于原子力显微镜实验,利用图像分割法与Derjaguin-Muller-Toporov力学模型建立微观孔隙结构与力学性质联合表征技术,明确煤样的微观孔隙结构与力学性质,揭示了物质组成、孔隙结构及热演化程度对微观力学性质的影响。结果表明,煤样的面孔率主要分布于2.72%~4.60%,平均3.58%;总孔表面积为(3.413~5.638)×10^(-2)μm^(2)/μm^(2),总孔容为(0.5~3.9)×10^(-4)μm^(3)/μm^(2),孔径主要分布于10~100 nm,杨氏模量分布于2.24~3.10 GPa,平均2.77 GPa。煤的力学性质受到物质组成、孔隙结构与热演化程度的共同作用,随着水分的减少、挥发分与矿物含量的增加,杨氏模量呈现增大趋势;表面粗糙度、平均孔径、面孔率、比表面积及总孔容增大,杨氏模量表现出减小趋势;随着热演化程度增加,杨氏模量减小。基于原子力显微镜可同步揭示煤岩微观孔隙结构与力学性质,为煤储层储集性与力学研究提供新方法与新思路,对于非常规储层储集性评价及可压性研究具有重要意义。 展开更多
关键词 表面粗糙度 孔径分布 杨氏模量 原子力显微镜 图像分割 煤层气
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原子力显微镜观察体外纯化蛋白分子的表面结构
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作者 陈昭颖 方骁枫 +5 位作者 刘丹彦 陈梦琴 凌夕 赵洁旻 魏伟 吴育晶 《中国药理学通报》 CAS 北大核心 2025年第1期193-199,共7页
目的以课题组纯化获得的蛋白样本为观察对象,对比原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)及扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)的观察结果,并总结AFM观察生物大分子的主要问题和解决方法。方法将蛋白样本使用PBS稀释... 目的以课题组纯化获得的蛋白样本为观察对象,对比原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)及扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)的观察结果,并总结AFM观察生物大分子的主要问题和解决方法。方法将蛋白样本使用PBS稀释至15 nmol·L^(-1),分别固定于载玻片、硅片和云母片上烘干,制成固相观察样本,SEM样本在观察前镀铂,使用AFM及SEM观察蛋白质表面结构,计算样本高度,对比结果差异。结果带正电的蛋白样本在观察时由于AFM探针的斥力会向右偏移;云母片能很好地消除蛋白正电荷从而避免样本移动;PBS能为蛋白样本提供良好的稳定环境,但PBS盐结晶会干扰探针运行和成像清晰度;SEM样本需要镀铂后观察,无法达到AFM的精度。结论使用AFM和SEM均可在体外环境直接观察蛋白质结构,AFM能提供更高精度的观察结果;在蛋白样本稳定性允许的情况下首选超纯水为溶剂载体,乙醇等挥发性液体也可作为溶剂载体,AFM的应用可为药理学生物大分子互作研究提供一新途径。 展开更多
关键词 原子力显微镜 扫描电子显微镜 受体结构 蛋白质体外结构 超微结构 云母载体
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原子力显微镜红外光谱和化学成像的技术与应用
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作者 贺静 郑娜 +4 位作者 徐丽 沈素丹 浦群 房尔园 介素云 《化工进展》 北大核心 2025年第4期2156-2171,共16页
探讨了原子力显微镜红外光谱技术(AFM-IR)的核心机制、技术进展及其在多个学科中的广泛应用。AFM-IR技术融合了原子力显微镜(AFM)的纳米级空间分辨率与红外光谱(IR)的化学分析能力,基于光热诱导共振(photothermal induced resonance,PT... 探讨了原子力显微镜红外光谱技术(AFM-IR)的核心机制、技术进展及其在多个学科中的广泛应用。AFM-IR技术融合了原子力显微镜(AFM)的纳米级空间分辨率与红外光谱(IR)的化学分析能力,基于光热诱导共振(photothermal induced resonance,PTIR)原理,其不仅延续了AFM在微观形貌表征上的优势,还克服了传统红外光谱在空间分辨率上的局限,并且补充了AFM在化学组分分析上的空白。文中阐述了AFM-IR的工作原理和三种成像技术(接触、轻敲和峰值力轻敲),随后着重讨论了其在聚合物复合材料、生物组织、环境污染物检测以及压电铁电材料和电池材料表征等领域的应用实例。同时,也提出了AFM-IR技术在提高信噪比和软物质研究中应用的挑战。最后,提出了未来研究方向,以期推动AFM-IR技术的进一步发展,进而促进其在材料的设计与性能优化中发挥更加关键的作用。 展开更多
关键词 原子力显微镜红外光谱 纳米结构 聚合物 电池材料 生物工程 环境科学
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原子力显微镜原位探测铵态氮对沉淀态钙磷的溶解动力学
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作者 葛新飞 张文君 《土壤学报》 北大核心 2025年第1期92-101,共10页
现代农业对磷肥的过度施用导致了其在集约农田中的大量累积,且大部分以枸溶性和难溶性的沉淀态存在,因此提高沉淀态磷的有效性是磷肥高效利用的关键。目前,大量宏观的田间试验已揭示了氮肥对磷肥的活化具有促进效应。然而,微纳尺度上氮... 现代农业对磷肥的过度施用导致了其在集约农田中的大量累积,且大部分以枸溶性和难溶性的沉淀态存在,因此提高沉淀态磷的有效性是磷肥高效利用的关键。目前,大量宏观的田间试验已揭示了氮肥对磷肥的活化具有促进效应。然而,微纳尺度上氮肥和沉淀态磷肥相互作用的原位研究仍然缺乏。本研究选用土壤中常见的磷酸钙矿物(磷酸氢钙(DCPD)、羟基磷灰石(HAP))作为供试材料,设置5个浓度氯化铵(0.5、5、50、500、1000 mmol·L^(-1))为氮源,利用原位原子力显微镜原位观察了不同氮肥添加水平下,DCPD和HAP的表面溶解动力学。结果表明,氯化铵的添加驱动DCPD表面以三角形蚀坑的形式迅速溶解,且随着添加浓度的提高,DCPD表面溶解速率显著增强。结合DCPD表面溶解的定量表征,发现随着氯化铵浓度从0.5 mmol·L^(-1)增至1000 mmol·L^(-1),溶出磷的质量从27.00 mg·kg^(-1)显著增至145.0 mg·kg^(-1)。对于HAP而言,即使氯化铵浓度增至1000 mmol·L^(-1),HAP表面形貌几乎不变,未出现明显溶解,且溶出磷的质量仅为5.00 mg·kg^(-1),与超纯水溶出磷的质量相当(3.00 mg·kg^(-1))。分子水平的动力学力谱结果表明,铵根阳离子和DCPD之间的相互作用力(230.6 pN)显著大于其与HAP之间的相互作用力(154.0 pN)。这表明铵根阳离子在不同磷酸钙表面的结合强度差异显著,造成矿物表面水化层不同程度的破坏,从而带来矿物表面溶解的显著差异。本研究在纳米尺度原位表征了磷酸钙表面溶解动力学,并揭示了氯化铵调控其表面溶解的分子机制,为氮磷配施增强土壤供磷能力提供了直接依据。 展开更多
关键词 铵态氮 磷酸钙 原位溶解 原子力显微镜 互作效应
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原子力显微镜拉伸技术揭示金属蛋白酶ADAMTS13的构象
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作者 谷慧婷 杨俊贤 +2 位作者 方金花 吴建华 林蒋国 《医用生物力学》 北大核心 2025年第2期441-448,共8页
目的探究不同pH条件下ADAMTS13的构象态。方法利用原子力显微镜对两种拉伸体系(Biotin-Streptavidin体系和6×His-Anti-His抗体体系)下的ADAMTS13分子进行拉伸,并分析断裂力和分子轮廓长度。结果pH 7.4条件下,利用Biotin-Streptavi... 目的探究不同pH条件下ADAMTS13的构象态。方法利用原子力显微镜对两种拉伸体系(Biotin-Streptavidin体系和6×His-Anti-His抗体体系)下的ADAMTS13分子进行拉伸,并分析断裂力和分子轮廓长度。结果pH 7.4条件下,利用Biotin-Streptavidin体系拉伸ADAMTS13时,分子轮廓长度平均值为(30.93±1.56)nm,其频数分布为双峰分布,峰值位置分别为(22.12±0.01)、(49.57±0.05)nm;利用6×His-Anti-His抗体体系拉伸ADAMTS13时,分子轮廓长度平均值为(32.77±0.72)nm,其频数分布为双峰分布,峰值位置分别为(25.73±0.16)、(43.84±0.63)nm。pH 6.0条件下,利用Biotin-Streptavidin体系拉伸ADAMTS13时,分子轮廓长度平均值为(47.07±1.6)nm,其频数分布为3峰分布,峰值位置分别是(22.00±1.25)、(55.09±2.62)、(76.69±3.06)nm。与pH 7.4相比,pH 6.0时ADAMTS13的构象更为伸展。结论ADAMTS13在pH 7.4时存在“闭合”构象态和中间构象态;而在pH 6.0时,ADAMTS13存在“闭合”构象态、中间构象态和“开放”构象态。研究结果有助于进一步理解ADAMTS13在正常生理和血栓性血小板减少症紫癜中的作用,为新型重组ADAMTS13药物的开发提供思路。 展开更多
关键词 ADAMTS13 原子力显微镜 构象状态 断裂力 分子轮廓长度
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基于编码器-解码器卷积神经网络的原子力显微镜针尖估计
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作者 雷艺彤 陈宇航 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第1期105-113,共9页
原子力显微镜(AFM)探针针尖形貌尺寸是表面微纳结构精确测量、局域物理化学特性准确表征中的关键参数。基于数学形态学的传统方法,针尖盲估计方法可以仅根据扫描图像来评估针尖形状尺寸,但其往往能给出的是针尖尺寸上限值并非真正的针... 原子力显微镜(AFM)探针针尖形貌尺寸是表面微纳结构精确测量、局域物理化学特性准确表征中的关键参数。基于数学形态学的传统方法,针尖盲估计方法可以仅根据扫描图像来评估针尖形状尺寸,但其往往能给出的是针尖尺寸上限值并非真正的针尖尺寸。而且此种方法受扫描噪声影响较大,获得的尺寸精度难以完全满足需求。针对该问题,基于编码器-解码器架构的卷积神经网络,进行了AFM针尖形貌尺寸的稳定、准确的估计研究。在网络的监督学习训练中,以包含不同半径和数量的纳米颗粒结构,应用数学形态学膨胀算法模拟一系列设定半径针尖的扫描图像作为训练数据集,并以平均绝对误差作为损失函数来更新网络参数。结果表明,卷积神经网络模型对于针尖半径包含在训练集范围内的探针所得扫描图像具备准确预测针尖尺寸的能力。但是当扫描图像的对应针尖尺寸超出该范围时,预测的准确性会降低。此外,通过引入叠加噪声的训练数据,模型的预测能力显著提高,可以准确预测含噪声的扫描图像所用探针的针尖尺寸,且无需额外去噪处理。随后在实际AFM扫描图像上的测试结果证实了该方法预测针尖形貌尺寸的有效性。最后通过模拟和实验数据验证了同样的方法还可以用在受针尖效应影响的图像处理上。 展开更多
关键词 卷积神经网络 监督学习 原子力显微镜 针尖形状预测 深度学习 图像处理
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一种改进的原子力显微镜摩擦力标定方法 被引量:7
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作者 余家欣 钱林茂 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期472-476,共5页
在传统标定AFM测力系统的楔形法基础上,通过线形加载的扫描方式,得到不同载荷下AFM针尖在平面和斜面上的切向力-位移循环曲线,并进一步计算出不同载荷下的摩擦力标定系数,进而根据该系数随载荷的变化趋势,选取高载下相对稳定的数据作为... 在传统标定AFM测力系统的楔形法基础上,通过线形加载的扫描方式,得到不同载荷下AFM针尖在平面和斜面上的切向力-位移循环曲线,并进一步计算出不同载荷下的摩擦力标定系数,进而根据该系数随载荷的变化趋势,选取高载下相对稳定的数据作为最终的标定结果.结果表明,由于改进的楔形法全面考察了摩擦力标定系数随载荷的变化趋势,避免了低载标定所引入的误差,标定结果更合理. 展开更多
关键词 原子力显微镜 摩擦力标定 纳米摩擦
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基于原子力显微镜的纳米尺度摩擦力的速度依赖关系
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作者 张艳 卜浩 +1 位作者 王玉娟 陈云飞 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期286-289,共4页
以硅为探针、带有自然氧化物的硅(100)晶面为基底样品,利用原子力显微镜研究了探针扫描速度对于单个微凸体系统中摩擦力的影响.首先,利用热噪声标定法测量出硅悬臂梁的法向弹簧常数和法向灵敏度;然后,利用改进的楔形校准法,通过扫描三... 以硅为探针、带有自然氧化物的硅(100)晶面为基底样品,利用原子力显微镜研究了探针扫描速度对于单个微凸体系统中摩擦力的影响.首先,利用热噪声标定法测量出硅悬臂梁的法向弹簧常数和法向灵敏度;然后,利用改进的楔形校准法,通过扫描三角光栅得出侧向灵敏度;最后,测量出扫描区域为15μm×15μm、正压力为-5~10 nN、扫描速度为2.5~1 000μm/s下的摩擦力.实验结果表明,不同速度下摩擦力随正压力的增加呈近似线性增加,服从经典库仑定律.当扫描速度小于40μm/s时,速度增加所导致的摩擦力的增加不明显;当扫描速度大于40μm/s时,速度增加则引起摩擦力急剧增加.该结果与热激发的Tomlinson模型的计算结果吻合. 展开更多
关键词 原子力显微镜 摩擦力 扫描速度 非线性
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基于原子力显微镜的纳米抛光颗粒的摩擦力测量方法 被引量:4
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作者 李静楠 郭丹 王元元 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期21-25,共5页
基于原子力显微镜接触模式,使用侧向力扫描测量单个纳米颗粒与基底表面的摩擦力,从而为颗粒从基底表面去除提供最为直接的测试方法。对硅片表面进行羟基化增强其亲水性,将聚苯乙烯纳米颗粒单层均匀地分散到硅片上。使用横向力模式和Nano... 基于原子力显微镜接触模式,使用侧向力扫描测量单个纳米颗粒与基底表面的摩擦力,从而为颗粒从基底表面去除提供最为直接的测试方法。对硅片表面进行羟基化增强其亲水性,将聚苯乙烯纳米颗粒单层均匀地分散到硅片上。使用横向力模式和NanoMan两种方法侧向推动纳米颗粒,测得单个颗粒与硅片表面之间的最大静摩擦力分别为(1.57±0.09)μN和(1.51±0.13)μN,试验结果基本一致,表明这两种测量方法可靠有效。此外,NanoMan可控制针尖推动单个颗粒在基底表面做滑移运动,表明颗粒-基底的滑动摩擦力与针尖施加载荷和扫描速度密切相关。 展开更多
关键词 原子力显微镜 纳米颗粒 摩擦力 横向力模式 NanoMan
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原子力显微镜摩擦力标定的改进楔形法 被引量:4
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作者 陈天星 张向军 孟永钢 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期70-75,共6页
原子力显微镜(AFM)摩擦力的标定是利用AFM测量微载荷下表面间摩擦力需要解决的一个难题。传统的Ogletree楔形标定法没有考虑表面黏着力对摩擦力的影响,当载荷较小时,标定出的摩擦因数与真实值相比偏小。文中在Ogletree法的基础上,推导... 原子力显微镜(AFM)摩擦力的标定是利用AFM测量微载荷下表面间摩擦力需要解决的一个难题。传统的Ogletree楔形标定法没有考虑表面黏着力对摩擦力的影响,当载荷较小时,标定出的摩擦因数与真实值相比偏小。文中在Ogletree法的基础上,推导出一种原子力显微镜摩擦力标定的改进楔形法。利用改进楔形法,分别在标准光栅和聚焦离子束刻蚀(FIB)加工出的斜坡样品上对摩擦力进行了标定。试验结果表明,与常用的标准光栅相比,利用聚焦离子束刻蚀出的样品能够得到更多的有效数据,标定结果更为准确。将改进楔形法和Ogletree法的标定结果进行了比较,结果表明,在载荷较低时(<6μN),改进楔形法更为准确;载荷较高时(>6μN),Ogletree法与改进楔形法得到的结果相近。改进楔形法是一种更为准确的原子力显微镜摩擦力标定的方法。 展开更多
关键词 原子力显微镜 摩擦力标定 楔形标定法 聚焦离子束刻蚀
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基于光束偏转法的原子力显微镜探针一致性装配系统研究 被引量:1
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作者 张宝良 梁文峰 +1 位作者 杨铁 于鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期137-147,共11页
为解决原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)系统更换探针后光路调整复杂耗时、精度不足的问题,本文首次提出通过精密控制探针与探针夹装配位置来实现更换的探针相对AFM系统原光路位置的一致,进而实现免去AFM系统换针后调整光路... 为解决原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)系统更换探针后光路调整复杂耗时、精度不足的问题,本文首次提出通过精密控制探针与探针夹装配位置来实现更换的探针相对AFM系统原光路位置的一致,进而实现免去AFM系统换针后调整光路步骤。该系统的光路一致性组件采用光束偏转法对探针位置与偏转进行放大与监测,并使用高精度位移与角度调节平台进行探针相对于探针夹的方位调整。通过实物搭建对探针一致性效果进行了验证,并对紫外光(Ultraviolet,UV)胶水固化过程导致探针位置偏移影响;探针不同偏移量时产生的探测器噪音对AFM系统成像质量影响进行了系统分析。实验结果表明:经由该系统装配的探针平均位置精度接近1.1μm;并且在AFM系统中更换一致性探针仅需8 s。该系统实现了高精度且质量稳定的探针一致性装配,极大地简化了AFM系统重新校准光路的操作步骤,其与自动换针装置配合可有效提升工业计量型AFM的操作与测量性能。 展开更多
关键词 原子力显微镜 探针装配 光束偏转法 微米级位移调节
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原子力显微镜研究材料光滑表面的微摩擦性能 被引量:4
13
作者 李学锋 孙媛 +2 位作者 彭少贤 李维敏 冯军 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期281-283,共3页
用原子力显微镜研究了单晶硅、云母表面的微摩擦性能,通过选择扫描角度及对分长度的方法,研究了一种有效的测试光滑材料表面微观静摩擦力的方法。结果表明,新解理云母与探针间的微观静摩擦系数和动摩擦系数均低于单晶硅的表面,但粘附力... 用原子力显微镜研究了单晶硅、云母表面的微摩擦性能,通过选择扫描角度及对分长度的方法,研究了一种有效的测试光滑材料表面微观静摩擦力的方法。结果表明,新解理云母与探针间的微观静摩擦系数和动摩擦系数均低于单晶硅的表面,但粘附力要大于单晶硅,这可能是由于新解理云母表面带有的电荷易吸收水分造成的。 展开更多
关键词 表面 摩擦 摩擦力 原子力显微镜
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原子力/摩擦力显微图象的分析与测量 被引量:3
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作者 王吉会 路新春 +2 位作者 钱林茂 史兵 温诗铸 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第1期60-65,共6页
用表面粗糙度评定方法和分形几何方法,结合原子力/摩擦力显微图象的特点,编制了包括Ra,Rq,Sm,S,λa,λq及高度分布、承载率曲线、相关函数、功率谱和分形维数等参数的图象分析与测量的FORTRAN程序;用STR-... 用表面粗糙度评定方法和分形几何方法,结合原子力/摩擦力显微图象的特点,编制了包括Ra,Rq,Sm,S,λa,λq及高度分布、承载率曲线、相关函数、功率谱和分形维数等参数的图象分析与测量的FORTRAN程序;用STR-180和STR-1000标样作了高度标定,对国产Nature磁带和进口Sony磁带的原子力/摩擦力显微图象进行了分析测量.结果表明:Nature磁带的粗糙度和粒度均比Sony磁带的大;微摩擦力与表面轮廓及表面轮廓斜率之间均有良好的对应关系. 展开更多
关键词 原子力 摩擦力 显微镜 纳米测量 图象分析
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原子力显微镜用于探究人眼近视与角膜基质生物力学属性的相关性
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作者 李佩航 邓海琼 +4 位作者 杨舒 李军 赵槐苗 王鑫 王雁 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期241-241,共1页
目的角膜基质是由多层纤维平行排列构成的胶原纤维板层结构所组成。近视是视力障碍产生的主要原因。但近视病理发展与角膜基质中胶原纤维微观结构和角膜基质的生物力学属性之间的复杂层次关系尚未阐明。方法本研究使用透射电子显微镜和... 目的角膜基质是由多层纤维平行排列构成的胶原纤维板层结构所组成。近视是视力障碍产生的主要原因。但近视病理发展与角膜基质中胶原纤维微观结构和角膜基质的生物力学属性之间的复杂层次关系尚未阐明。方法本研究使用透射电子显微镜和原子力显微镜对不同近视程度的角膜基质进行形貌表征和力学属性测量,观察角膜基质内部胶原纤维的微观结构,对实验所得力学属性数据进行分析总结。同时,采用传统工具Corvis ST在体评估角膜基质的变形响应和宏观尺度下的角膜基质生物力学属性。结果根据透射电子显微镜与原子力显微镜实验所得图像,对胶原纤维直径和纤维间距进行定量分析,结果表明随着近视程度的加深,胶原纤维密度减小,直径明显增加,纤维高度增加,纤维间距明显扩大;根据原子力显微镜纳米压痕实验测量得出角膜基质弹性数据,用Hertz模型进行拟合,结果表明角膜基质的弹性模量随近视程度的加深而减小,角膜基质的可变形性增加。结论随着近视程度的加深,角膜基质弹性模量降低,变形能力增加,角膜基质变得更加柔软,胶原纤维间隙变宽直径变大,角膜内部结构发生改变。角膜基质的内部结构和生物力学特性与近视具有极强的相关性。 展开更多
关键词 近视程度 病理发展 角膜基质 胶原纤维 原子力显微镜 生物力学特性 板层 平行排列
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深度学习图像识别辅助原子力显微镜单细胞力学特性精准高效探测
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作者 吕晓龙 李密 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第2期468-480,共13页
目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实... 目的原子力显微镜(AFM)的出现为生命科学研究提供了强大工具,特别是AFM压痕实验技术已成为细胞力学特性探测的重要方法,从单细胞尺度为生理病理活动过程带来了大量新的认识,是对传统生化集群平均研究方法的有力补充。然而现有AFM压痕实验技术存在着依赖人工、效率低下等不足,严重制约了其在生命科学领域的实际应用。本文通过将光学显微成像自动目标识别技术与AFM压痕技术结合,建立了单个游离态细胞及聚团生长细胞的力学特性精准高效测量方法。方法利用YOLO深度学习算法识别出光学图像中细胞的中心部位,并通过嵌入视觉转换器(ViT)模块的双UNet神经网络模型对细胞边缘部位进行精确分割,同时采用模板匹配算法对光学图像中AFM微球探针进行定位,在此基础上自动确定AFM探针上的微球针尖与细胞不同部位之间的空间位置关系,进而对细胞中心部位和边缘部位的力学特性进行快速测量。选取HEK 293(人胚胎肾细胞)和HGC-27(人未分化胃癌细胞)两种细胞进行验证实验,并利用Hertz模型对获取的力曲线进行分析以得到细胞杨氏模量。结果在深度学习光学图像自动识别导引下可将AFM探针准确移动至细胞不同部位(中心和边缘)进行力学特性测量,同时实验结果表明,本文提出的方法不仅可对单个游离态细胞进行可靠测量,也适用于聚团生长的细胞。结论深度学习图像识别在辅助AFM单细胞力学特性精准高效探测方面具有巨大潜力,将深度学习图像识别与AFM结合有助于发展面向生物医学应用的高通量单细胞力学特性测量方法。 展开更多
关键词 原子力显微镜 细胞力学特性 光学图像 深度学习 杨氏模量 微球探针
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原子力显微镜加工轨迹测压电剪切叠堆二维高频运动位移
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作者 尹若楠 薛勃 +1 位作者 张津铭 吴哲 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期158-164,共7页
针对两轴压电剪切叠堆在高频电压驱动下的二维高频运动的位移测量问题,提出使用(AFM)探针在敲击模式下的加工痕迹测量压电剪切叠堆运动位移的方法,首先制备热塑性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜,随后进行AFM探针敲击加工实验,扫描AM... 针对两轴压电剪切叠堆在高频电压驱动下的二维高频运动的位移测量问题,提出使用(AFM)探针在敲击模式下的加工痕迹测量压电剪切叠堆运动位移的方法,首先制备热塑性聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜,随后进行AFM探针敲击加工实验,扫描AMF探针加工轨迹并对其进行后处理,成功得到压电剪切叠堆的二维高频运动位移,实现了以半接触的方式对压电剪切叠堆二维高频复杂运动的准确检测,并依据实验数据对压电剪切叠堆二维运动位移随电压幅值及频率的变化情况进行分析。实验结果表明,在10 Hz~5 kHz的激励信号频率范围内,所提出的方法能准确测量压电剪切叠堆的运动位移。 展开更多
关键词 原子力显微镜 敲击加工 压电剪切叠堆 二维高频运动
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原子力显微镜在有机缓蚀剂研究中的应用 被引量:1
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作者 王伦滔 王慧如 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期28-48,共21页
有机缓蚀剂具有低毒性和高性价比等优点,在低浓度的注射剂量下可以实现优良的缓蚀效果,被广泛应用于石油化工(碳钢)、电子工业(铜)、车辆船舶和航空航天工业(铝),保护合金材料免受腐蚀危害。现有的电化学测试技术已经在有机缓蚀剂领域... 有机缓蚀剂具有低毒性和高性价比等优点,在低浓度的注射剂量下可以实现优良的缓蚀效果,被广泛应用于石油化工(碳钢)、电子工业(铜)、车辆船舶和航空航天工业(铝),保护合金材料免受腐蚀危害。现有的电化学测试技术已经在有机缓蚀剂领域得以广泛应用,这种传统的研究方法可以提供有关界面电化学反应的平均动力学信息,但是无法直接解析缓蚀剂的吸附及作用机制。随着金属腐蚀与缓蚀剂研究的微观化和系统化发展,电化学分析手段逐渐与其他分析技术(如扫描电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱等)紧密结合,开展了对缓蚀剂作用机制的深入研究。在这些分析技术中,原子力显微镜(AFM)由于空间分辨率成像能力高,受工作环境和样品性质的局限较少,在有机缓蚀剂于金属/溶液界面的直观研究中起到了重要作用。本文结合近年来原子力显微镜在有机缓蚀剂领域的研究进展,简述了原子力显微镜的工作原理和几种操作模式,详述了AFM的接触模式在有机缓蚀剂研究中的普遍应用和其局限性,总结了AFM的敲击模式在表面活性剂吸附研究中的重要作用和研究现状并延伸到有机缓蚀剂的吸附研究,综述了AFM几个衍生功能(包括纳米刮擦、力-距离曲线、摩擦力和电化学原子力显微镜)在有机缓蚀剂研究中获得的缓蚀剂膜的力学和电化学相关信息,最后对AFM在有机缓蚀剂领域当前研究中存在的问题和未来发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 原子力显微镜 表面技术 有机缓蚀剂 表面活性剂 接触模式 敲击模式
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基于原子力显微镜的红外光谱在聚合物领域的应用进展 被引量:1
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作者 罗放 《合成树脂及塑料》 CAS 北大核心 2024年第3期50-55,69,共7页
综述了近年来基于原子力显微镜的红外光谱(AFM-IR)在高分子科学、材料科学等领域的应用进展,着重突出了AFM-IR在表征不同试样时的优势。AFM-IR克服了传统表征手段的诸多缺点,可以在纳米尺度上获得试样的化学组成信息,且表征精确性高,检... 综述了近年来基于原子力显微镜的红外光谱(AFM-IR)在高分子科学、材料科学等领域的应用进展,着重突出了AFM-IR在表征不同试样时的优势。AFM-IR克服了传统表征手段的诸多缺点,可以在纳米尺度上获得试样的化学组成信息,且表征精确性高,检测过程对试样无损,因而在聚合物、复合材料以及薄膜材料等领域获得了长足的发展,为研究聚合物构效关系、改善多种材料性能提供了重要助力。 展开更多
关键词 原子力显微镜-红外光谱 高分子 聚合物
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探索微纳尺度润湿动力学:长针式原子力显微镜的应用与进展
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作者 关东石 聂鹏程 +2 位作者 闫财山 郭永杰 童彭尔 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1497-1510,共14页
“如何在微观层面测量界面现象”是微纳尺度实验流体力学的关键科学问题,被列入世界前沿125个科学问题名单(Sanders S,Science,2021).由于光学衍射极限的限制,传统光学手段很难直接测量微纳尺度下的流动与界面现象.利用原子力显微镜的... “如何在微观层面测量界面现象”是微纳尺度实验流体力学的关键科学问题,被列入世界前沿125个科学问题名单(Sanders S,Science,2021).由于光学衍射极限的限制,传统光学手段很难直接测量微纳尺度下的流动与界面现象.利用原子力显微镜的精准操控和小尺度力学测量等优势,结合长针式探针组装成的微流变计可以直接测量气-液-固三相接触线上的毛细力,并监测探针在垂直方向运动中力的动态变化.通过该技术手段,可以实现对流体界面的动力学行为以及各类材料在液体环境中力学性质在微纳尺度的精确表征.文章将系统介绍长针式原子力显微镜技术的实验原理和方法,及其在微纳尺度非理想界面润湿动力学中的最新研究进展,包括低能垒表面毛细力的速度依赖性与非对称性、无序粗糙表面接触线黏滑运动的统计学规律、柔性表面接触线动力学的状态与速度定律、以及离子液体-金属界面处电场对接触角迟滞的调控等,最后展望了该技术在新兴领域中的应用.该实验手段为检验各类理论模型与数值模拟提供了可信数据,为探究界面上复杂现象的物理本质提供参考. 展开更多
关键词 微纳尺度流动与界面流动 三相接触线 润湿动力学 原子力显微镜 流固界面
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