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新工科背景下原子力显微镜综合教学实验的探索与实践 认领 引用
1
作者 王忠辉 徐勇 +2 位作者 宋庆双 向均 周建飞 《皮革科学与工程》 CAS 北大核心 2026年第4期127-132,共6页
【目的】大型仪器是开展高水平科学研究和实验教学的重要支撑,是提高学生动手实践能力和创新能力的重要载体。但大型仪器精密性高、价格昂贵、运行成本高、专业性强,学生接触和使用大型仪器的机会有限。因此急需提高大型仪器与本科实验... 【目的】大型仪器是开展高水平科学研究和实验教学的重要支撑,是提高学生动手实践能力和创新能力的重要载体。但大型仪器精密性高、价格昂贵、运行成本高、专业性强,学生接触和使用大型仪器的机会有限。因此急需提高大型仪器与本科实验教学的结合度,缩短大型仪器与本科生的距离,充分发挥其在培养学生实践能力和创新能力中的作用。【分析】将原子力显微镜(AFM)应用于本科综合教学实验,采用课前引导、现场课堂教学及课外自主实验三种方法相结合的教学模式,探讨了AFM的制样方法以及影响图像清晰度的各种因素。【结论】该综合教学实验培养了学生的动手实践能力、强化了学生的跨学科融合能力、开阔了学生的视野、增强了学生对科研的兴趣、提高了学生的创新意识,有助于培养拔尖创新型人才。 展开更多
关键词 新工科 创新型人才 原子力显微镜 综合教学实验
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原子力显微镜探究高糖和高脂对内皮细胞杨氏模量的影响 认领 引用
2
作者 熊宇轩 苏湘江 +4 位作者 杨桉 苏傲寒 龙孟秋 文斗斗 杨开巍 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2026年第3期345-349,共5页
利用原子力显微镜测量人脐静脉内皮细胞的杨氏模量,探讨高糖与高脂环境对人脐静脉内皮细胞的影响。结果表明高糖和高脂处理后人脐静脉内皮细胞杨氏模量显著不同,高脂处理的细胞杨氏模量[(3.33±0.25)×104Pa,n=10]较高糖处... 利用原子力显微镜测量人脐静脉内皮细胞的杨氏模量,探讨高糖与高脂环境对人脐静脉内皮细胞的影响。结果表明高糖和高脂处理后人脐静脉内皮细胞杨氏模量显著不同,高脂处理的细胞杨氏模量[(3.33±0.25)×104Pa,n=10]较高糖处理的细胞[(2.69±0.17)×104Pa,n=21]高出23.8%(P<0.001),表明两组环境对内皮细胞的损伤程度和机制可能存在不同。从力学性质角度探究不同环境体外培养的内皮细胞的损伤情况可为深入探究动脉粥样硬化的病理及生物力学变化提供线索。 展开更多
关键词 动脉粥样硬化 内皮细胞 杨氏模量 原子力显微镜 高糖 高脂
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工业现场材料结构原位微纳成像的原子力显微镜研究 认领 引用
3
作者 李伟 郑阳 +1 位作者 曹良才 张学聪 《中国测试》 CAS 北大核心 2026年第2期82-88,共7页
超超临界电站锅炉、大型石化装置、燃气轮机等重大装备服役过程中,材料蠕变、疲劳等时效积累型损伤的测量评估是其安全性评价与寿命预测的关键。现有采用取样后实验室金相观察的手段,存在破坏结构完整性、送检周期长等突出问题。原子力... 超超临界电站锅炉、大型石化装置、燃气轮机等重大装备服役过程中,材料蠕变、疲劳等时效积累型损伤的测量评估是其安全性评价与寿命预测的关键。现有采用取样后实验室金相观察的手段,存在破坏结构完整性、送检周期长等突出问题。原子力显微镜是可以实现材料微纳尺度三维形貌成像的测量技术,但以往仪器主要为实验室台式仪器。文章提出研制可在工业现场实现材料组织结构原位微纳成像的原子力显微镜,分析原子力音叉探针检测机理和探针特性,设计适用于现场原位检测的整机结构,并开展实际成像能力的验证。在标准样品和管道样件上的测试结果表明,单次测量最大范围100μm×100μm、图像分辨率0.1 nm、缺陷分辨力10 nm。该研究对于快速精准检测重大装备服役产生的微损伤缺陷,积累损伤演化的多尺度时变特征数据,保障装备稳定运行和指导材料改进具有重要价值。 展开更多
关键词 原子力显微镜 原位检测 工业现场 特种设备 微观损伤缺陷
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原子力显微镜在氧化石墨烯厚度测量中的应用与多维度解析 认领 引用
4
作者 高彬 高佳佳 +3 位作者 路建国 王大国 文天玺 郑雄文 《分析测试技术与仪器》 CAS 2026年第3期241-250,共10页
对于石墨烯类材料而言,厚度是其核心表征参数.作为纳米计量学的重要测量工具,原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)为厚度测量和层数测定提供了直接方法.但该技术的测量精度常受限于多种因素,如基底噪声与样品表面形貌起伏等,这... 对于石墨烯类材料而言,厚度是其核心表征参数.作为纳米计量学的重要测量工具,原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)为厚度测量和层数测定提供了直接方法.但该技术的测量精度常受限于多种因素,如基底噪声与样品表面形貌起伏等,这些因素会引入显著的测量不确定度,给从样品形貌数据中解译真实厚度值带来了挑战.本文采用AFM对云母基底上的氧化石墨烯样品进行形貌表征,基于最小二乘法和直方图法的原理设计比对试验,进行样品厚度的测量及计算分析.结果表明,采用最小二乘法和直方图法测得的氧化石墨烯厚度值基本一致,且两种方法的测量结果满足测量统计学比对试验评价,所测得的厚度值稳定性好、可靠性高. 展开更多
关键词 氧化石墨烯 纳米计量 原子力显微镜 直方图法 最小二乘法 厚度测量
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非接触调频原子力显微镜的低延迟锁相环设计 认领 引用
5
作者 陈纵横 曾德超 +2 位作者 姚志飞 孙秋园 马宗敏 《舰船电子工程》 2026年第2期154-160,共7页
针对基于乘法低通鉴相器的锁相环,该研究提出了基于FPGA的相位减法锁相环。该设计采用乘法高通鉴相与相位减法结构,引入初始相位补偿与环路增益参数的自适应调整功能。在相同初始环路增益与参数条件下,S_PLL延迟仅为M_PLL的0.338倍,频... 针对基于乘法低通鉴相器的锁相环,该研究提出了基于FPGA的相位减法锁相环。该设计采用乘法高通鉴相与相位减法结构,引入初始相位补偿与环路增益参数的自适应调整功能。在相同初始环路增益与参数条件下,S_PLL延迟仅为M_PLL的0.338倍,频率锁定时间由31 ms缩短至46μs。与实验室搭建的超真空非接触调频原子力显微镜系统联用时,频率最大波动范围控制在0.02853 Hz内。对标准样品进行形貌扫描,测得的台阶高度约为98 nm,与标准样品尺寸相吻合。对云母样品的形貌扫描,观察到的云母片表面高度变化在60 nm范围内。形貌测量结果显示,该系统具有在纳米级别精确追踪物体表面高度变化的能力。 展开更多
关键词 非接触式调频原子力显微镜 FPGA 锁相环 悬臂
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非接触调频原子力显微镜悬臂控制系统设计 认领 引用
6
作者 陈纵横 姚志飞 +2 位作者 曾德超 孙秋园 马宗敏 《舰船电子工程》 2026年第5期163-169,共7页
原子力显微镜(AFM)因其在纳米尺度上分析材料表面的能力,在表面科学领域中扮演着至关重要的角色。其中,力敏感单元(悬臂)的精确测量是确保AFM实现高效成像和优秀探测性能的关键。为此,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的全数字化... 原子力显微镜(AFM)因其在纳米尺度上分析材料表面的能力,在表面科学领域中扮演着至关重要的角色。其中,力敏感单元(悬臂)的精确测量是确保AFM实现高效成像和优秀探测性能的关键。为此,提出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的全数字化非接触式调频原子力显微镜悬臂控制系统。该系统的设计核心在于对悬臂探针振动的精确检测与控制,特别是对频率、振幅和相位三个关键参数的测量。系统整合了多项功能,包括降采样带通滤波、共振频率扫描、相位锁定及幅度测量与控制等。经系统测试,频率锁定后的频率稳定性误差控制在0.01037 Hz以内。通过与标准样品的比对,样品形貌扫描结果显示高度一致性,证明了该系统在纳米级别上精确追踪表面高度变化的能力。 展开更多
关键词 非接触调频原子力显微镜 锁相环 悬臂控制 FPGA
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原子力显微镜表征纳米粉末粒度测试方法探讨 认领 引用
7
作者 刘志文 张淑兰 李桂兰 《物理测试》 CAS 2026年第2期37-43,共7页
纳米粉末的粒度分布是影响材料组织结构与性能的关键因素之一,对其粒度进行准确表征一直是该领域的研究热点。本文系统探讨了基于原子力显微镜(AFM)精确表征纳米粉末粒度及其分布的测试方法,重点围绕样品制备、图像分析与统计可靠性等... 纳米粉末的粒度分布是影响材料组织结构与性能的关键因素之一,对其粒度进行准确表征一直是该领域的研究热点。本文系统探讨了基于原子力显微镜(AFM)精确表征纳米粉末粒度及其分布的测试方法,重点围绕样品制备、图像分析与统计可靠性等关键环节展开研究。以金属镍粉和非金属氧化锆粉为研究对象,解决了纳米颗粒因表面能高易团聚而导致的测量误差问题。结果表明,以水或乙醇为溶剂进行简单分散,超声30 min后将分散液滴在云母上,干燥30 min即可获得均匀分布的纳米颗粒;利用AFM高度图中颗粒与基底之间的明显高度差,通过Image Pro软件将每个颗粒精确分离提取,可实现对单个颗粒直径、长宽比等参数的精准测量,对不小于10 nm粉末的粒度表征具有普适性与高精度。通过分析颗粒数量与平均粒径稳定性之间的关系,得出测量的颗粒数量需不少于1000个,才能保证平均粒度结果具有统计代表性和准确性。 展开更多
关键词 纳米粉末 粒度 原子力显微镜(AFM) 高度图 镍粉 氧化锆粉末
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原子力显微镜在废水处理领域中的应用研究进展 认领 引用
8
作者 向文慧 朱琼慧 +4 位作者 陈翠灵 苏云 佘箴佳 何诗淼 王芳 《净水技术》 CAS 2026年第6期22-31,共10页
【目的】人类活动过程中会排放大量废水,然而废水中含有的污染物对人类健康及环境均具有严重的危害,因此研究污染物特性对治理废水有着重要意义。在现有水处理技术基础上,深入探索环境微界面过程的污染控制及净化原理,对改进提升水处理... 【目的】人类活动过程中会排放大量废水,然而废水中含有的污染物对人类健康及环境均具有严重的危害,因此研究污染物特性对治理废水有着重要意义。在现有水处理技术基础上,深入探索环境微界面过程的污染控制及净化原理,对改进提升水处理技术具有重要意义。【方法】文章综述了原子力显微镜(AFM)的工作原理以及近年来AFM在工业废水、农业废水、生活废水和医疗废水4类废水治理中的应用研究进展,并对AFM在废水治理领域的应用前景进行展望。【结果】AFM作为一种新型表面微观尺度测量工具,具有纳米级高分辨率、高环境兼容性、多属性分析等优势,在表面形貌和物理性质测量领域备受关注。AFM在废水治理领域中也展现出巨大的应用潜力。研究表明,在工业废水处理中,AFM可表征膜材料表面形貌与污染层结构,揭示膜污染机理;在农业废水处理中,AFM能观察农药与土壤胶体间的微观界面作用;在生活废水处理中,AFM主要用于解析生物处理系统中微生物聚集体的表面特性;在医疗废水处理中,AFM则被应用于研究抗生素等新污染物与处理材料的纳米尺度作用机制。【结论】AFM已成为废水污染物界面行为研究和材料优化的关键工具。未来需进一步深化AFM原位观测污染物迁移转化机制的研究,并加强其与拉曼光谱、红外光谱等技术的联用,从分子层面系统揭示污染物在复杂环境微界面的赋存状态与反应过程,以推动废水资源化处理技术的创新发展。 展开更多
关键词 原子力显微镜 工业废水 农业废水 生活废水 医疗废水
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原子力显微镜在木竹材多维度表征中的应用进展 认领 引用
9
作者 陈筱筱 陈宇轩 +3 位作者 刘真真 张婷 李禹萱 田根林 《世界竹藤通讯》 2026年第1期120-128,共9页
原子力显微镜(AFM)作为纳米尺度表征的核心工具,凭借高空间分辨率、原位检测能力及多环境适应性等优势,已成为揭示材料微观结构与宏观性能关联的关键技术。文章综述了AFM在木竹材研究中的应用进展,重点阐述其在结构表征、性质分析及成... 原子力显微镜(AFM)作为纳米尺度表征的核心工具,凭借高空间分辨率、原位检测能力及多环境适应性等优势,已成为揭示材料微观结构与宏观性能关联的关键技术。文章综述了AFM在木竹材研究中的应用进展,重点阐述其在结构表征、性质分析及成分分析方面的研究成果。在结构表征方面,实现了AFM对木竹材表面粗糙度、细胞壁层微观形貌及纤维素纳米纤丝(CNF)结构的精准表征,为解析材料解剖构造与加工性能的关联提供了直接依据;在性质分析方面,通过纳米压痕、功能化探针等技术,实现了弹性模量、界面粘附力及表面极性等关键力学参数的定量测定,深化了对木竹材“结构—性能”构效关系的认知;在成分分析方面,借助探针功能化修饰,实现了纤维表面纤维素、木质素等组分的特异性识别与分布表征,拓展了纳米尺度化学成分分析的应用边界。文章还分析了AFM在木竹材研究中面临的样品制备要求严苛、研究对象局限等挑战,并展望了多技术联用、结合大数据与人工智能的发展方向,以期为木竹材高性能化设计与高附加值利用提供微观机理支撑。 展开更多
关键词 原子力显微镜 木材 竹材 纳米结构 力学性能 化学成分
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原子力显微镜测试水凝胶微球力学性能的教学实践 认领 引用
10
作者 殷培楠 王超 张伟 《实验室科学》 2026年第1期168-171,177,共4页
在医工交叉的大背景下,应该着重复合型人才的培养。强调医学与工科的深度融合,培养学生既有扎实的医学基础知识,又具备工科思维和视野,能够在医学领域应用工程技术解决实际问题。本案例教学利用原子力显微镜对合成的生物医学材料进行力... 在医工交叉的大背景下,应该着重复合型人才的培养。强调医学与工科的深度融合,培养学生既有扎实的医学基础知识,又具备工科思维和视野,能够在医学领域应用工程技术解决实际问题。本案例教学利用原子力显微镜对合成的生物医学材料进行力学参数表征,通过对表征参数的分析逆向优化合成工艺,从而制备最优化性能的生物医学材料。案例教学有助于提高学生在工程力学、医学材料合成等方面的理论知识储备,丰富学生在材料合成、仪器操作等方面的专业技能,培养学生利用工程仪器解决实际问题的创新性思维。 展开更多
关键词 医工交叉 原子力显微镜 工程力学 实验教学
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线上线下相结合的原子力显微镜实验教学研究 认领 引用
11
作者 张东徽 郭玉献 《科技经济市场》 2026年第4期155-157,共3页
原子力显微镜(AFM)是由扫描探针显微镜技术发展而来,逐渐发展成熟的可用来研究材料表面形貌、结构的分析仪器。AFM不要求样品的导电特性,制样简单,对样品破坏性较小,可采集样品表面高度信息,且具有原子尺度的高分辨率,在基础实验科学和... 原子力显微镜(AFM)是由扫描探针显微镜技术发展而来,逐渐发展成熟的可用来研究材料表面形貌、结构的分析仪器。AFM不要求样品的导电特性,制样简单,对样品破坏性较小,可采集样品表面高度信息,且具有原子尺度的高分辨率,在基础实验科学和工程科研领域应用广泛。然而,受限于设备普及情况等多方面因素,涉及AFM的教学实验未大量开展。对此,阐明了AFM工作原理及其在科研领域的作用,概述了AFM实验教学模式与培养目标,提出了用AFM测量薄膜粗糙度实验教学设计。 展开更多
关键词 原子力显微镜 实验教学 核心原理
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原子力显微镜(AFM)的技术演进、专利布局与发展趋势研究 认领 引用
12
作者 陈优 《中阿科技论坛（中英文）》 2026年第2期66-70,共5页
原子力显微镜(AFM)作为一种具备高分辨率、多环境兼容性以及单分子操纵能力的纳米表征工具,已在材料科学、生命科学和半导体等多个领域发挥重要作用。文章系统阐述了AFM的基本结构、工作原理与技术特点,综述了其在各领域的应用现状,基... 原子力显微镜(AFM)作为一种具备高分辨率、多环境兼容性以及单分子操纵能力的纳米表征工具,已在材料科学、生命科学和半导体等多个领域发挥重要作用。文章系统阐述了AFM的基本结构、工作原理与技术特点,综述了其在各领域的应用现状,基于专利检索数据库中逾7000项AFM相关专利,深入分析了该技术的全球专利布局与竞争格局,展望了AFM在高速高通量成像、多模态集成以及智能化与自动化等方向的发展趋势,旨在为相关领域的科研探索与产业化进程提供参考。 展开更多
关键词 原子力显微镜(AFM) 技术演进 专利布局 发展趋势
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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 认领 引用 被引量：3
13
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》 EI CAS CSCD 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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基于原子力显微镜的煤岩微观孔隙结构与力学性质研究 认领 引用 被引量：2
14
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》 CAS CSCD 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Ro=0.91%,古交山西组2号煤、Ro=1.34%,古交太原组8号煤、Ro=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Ro=0.91%,古交山西组2号煤、Ro=1.34%,古交太原组8号煤、Ro=1.70%,翼城山西组2号煤、Ro=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)×10-2μm2/μm2,总孔容为(0.5~3.9)×10-4μm3/μm2,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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利用原子力显微镜研究致密砂岩储层黏土矿物形貌特征 认领 引用 被引量：2
15
作者 王坤阳 杜谷 +1 位作者 王冠 何佳乐 《岩矿测试》 CAS CSCD 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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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 认领 引用 被引量：1
16
作者 葛新飞 张文君 《土壤学报》 CSCD 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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原子力显微镜用于植物纤维纳米力学测试研究 认领 引用 被引量：1
17
作者 黄滟波 王若韫 刘道恒 《造纸科学与技术》 2025年第7期51-56,共6页
探讨了原子力显微镜定量纳米力学测试方法,并将其用于桉木浆纤维纳米尺度的表面形貌、杨氏模量、粘附力等力学指标表征,比较了原子力显微镜与纳米压痕仪在桉木浆纤维力学性能测试上的应用。结果显示,原子力显微镜可用于植物纤维纳米力... 探讨了原子力显微镜定量纳米力学测试方法,并将其用于桉木浆纤维纳米尺度的表面形貌、杨氏模量、粘附力等力学指标表征,比较了原子力显微镜与纳米压痕仪在桉木浆纤维力学性能测试上的应用。结果显示,原子力显微镜可用于植物纤维纳米力学性能测定,测得的杨氏模量数值与纳米压痕仪有一定差异,可能是因测试原理及空间分辨率不同引起的。 展开更多
关键词 原子力显微镜 定量纳米力学 纳米压痕仪 桉木浆 纤维
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原子力显微镜原位检测样品紫外老化功能的开发 认领 引用
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作者 蔡明军 王伟东 +1 位作者 曹自然 王宏达 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2025年第10期136-141,共6页
紫外光老化是一种常见的环境因素,对许多材料的性能和寿命会产生重要影响。文中使用340 nm紫外光源替代紫外老化试验箱中的UVA-340荧光紫外灯光源进行紫外加速老化试验,采用紫外光从侧面和底部2种技术方案照射原子力显微镜样品检测区域... 紫外光老化是一种常见的环境因素,对许多材料的性能和寿命会产生重要影响。文中使用340 nm紫外光源替代紫外老化试验箱中的UVA-340荧光紫外灯光源进行紫外加速老化试验,采用紫外光从侧面和底部2种技术方案照射原子力显微镜样品检测区域。通过对标准光栅进行形貌表征,表明紫外光源对原子力显微镜的成像分辨率和检测精度没有干扰。接着通过对聚乙烯薄膜材料样品紫外老化前后表面结构形貌和力学性能的检测,验证了基于原子力显微镜开发的原位检测样品紫外老化功能的适用性。文中开发的功能为研究材料紫外老化机理与材料结构改变之间的相关性提供了有力的检测手段。 展开更多
关键词 紫外老化 原位检测 原子力显微镜 纳米力学测量 弹性模量
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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 认领 引用 被引量：1
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作者 雷艺彤 陈宇航 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 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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基于调频原子力显微镜的悬臂模型与控制系统仿真 认领 引用 被引量：1
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作者 曾德超 姚志飞 +3 位作者 孙秋园 赵波慧 田馨 马宗敏 《测试技术学报》 2025年第6期654-661,共8页
针对调频原子力显微镜悬臂在工作状态下恒幅恒频振动控制问题,为进一步优化悬臂控制系统结构,根据探针的运动方程及相关结构参数,建立了悬臂的结构模型。在此模型基础上,设计了基于自激振荡、锁相环解调和自动增益控制技术的控制回路,... 针对调频原子力显微镜悬臂在工作状态下恒幅恒频振动控制问题,为进一步优化悬臂控制系统结构,根据探针的运动方程及相关结构参数,建立了悬臂的结构模型。在此模型基础上,设计了基于自激振荡、锁相环解调和自动增益控制技术的控制回路,该控制回路分为锁相控制回路和振幅驱动控制回路,并利用Simulink对悬臂模型及其控制系统进行了建模与仿真研究。结果表明,控制系统能在4 ms内将悬臂的振幅测量信号稳定在设定值5 nm,同时将悬臂振动频率稳定在160 kHz(即驱动模态的谐振频率)。此外,还研究了锁相控制回路中环路滤波器的参数C1、C2对稳态相差和频率捕获的影响,为进一步改进调频原子力显微镜悬臂的控制系统奠定了基础。 展开更多
关键词 调频原子力显微镜 恒幅恒频 悬臂模型 Simulink模型
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