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《河北师范大学》 2009年
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二氧化硅胶体探针的制备及其在模拟颗粒物间相互作用力测定中的应用

臧利杰  
【摘要】: 论文以建立胶体探针的制备及其模拟颗粒物间相互作用力的测定方法体系为目标,首先介绍了原子力显微镜的发展史,工作原理和工作模式,综述了水体中颗粒物的表面电荷特征,并就有关颗粒物相互作用力的基础理论及其计算方法(包括范德华力,双电层理论,DLVO理论和Derjaguin近似)进行了归纳整理。论文详细论述了适用于作为胶体探针针尖的球形颗粒的制备和胶体探针的制备方法,并重点探讨了力曲线的测量和力距离曲线的转化方法。 从深入了解用作胶体探针针尖的颗粒物特征入手,制备了实验所需的羟基聚合铝絮凝剂(PAC1)。在对胶体探针的制备方法进行文献调研基础上,完成了胶体探针制备装置的搭建工作,制备了理想的二氧化硅胶体探针,同时发明了一种新的制备胶体探针的方法-双向移动平台法。将制备的胶体探针应用在原子力显微镜的液池中,进行了不同离子强度NaCl溶液中的力曲线的测量。采用Cleveland方法对悬臂的弹性常数进行了标定,将原始的力-位移曲线数据转化为力-距离曲线或力/半径-距离曲线,并将实验结果与Ducker经典论文进行了对照。在此基础上,在不同离子强度的NaCl溶液中,使用吸附了PAC1的二氧化硅胶体探针进行了力的测量,尝试来研究PAC1的混凝作用机理。从而,初步建立胶体探针模拟颗粒物间相互作用力测定的方法,达到了预期的目的。得到的研究结果和结论主要有以下几点: 1、实验采用的二氧化硅颗粒球形度高,表面比较光滑,能够适用于胶体探针的制备;实验采用的硅晶片,粗糙度很低,完全能够满足模拟实验样品的制备要求。 2、在双线法和悬臂移动法两种文献制备胶体探针的方法基础上,发展了双向移动平台法,使胶体探针的制备操作更加简单方便,能够实现批量生产,从而为以后大量实验工作的开展奠定了良好的基础。该方法能够粘结2μm左右甚至更小的的SiO_2颗粒作为针尖,而且在粘结效果上也非常理想。同时,这种方法是一种通用的方法,只要是适合用于作为胶体探针针尖的颗粒物,直径在1μm以上的都可以用这种方法制备,具有广阔的发展应用前景。 3、弹性常数的标定采用通用的Cleveland法,得到较为理想的数据处理结果。该方法测量参数较为简单,计算误差相对较小,是比较理想的弹性常数的标定方法。同时,笔者认为使用Cleveland提到的测量未粘结颗粒和粘结颗粒后的悬臂的共振频率来标定弹性常数,也是一种十分具有潜力的标定方法。 4、力曲线的转化过程中,主要使用了利用Excel手动处理和使用MATLAB程序处理两种方法。在深刻理解了数据转化原理的基础上,详细的阐述了数据的具体转化方法,为数据的科学处理提供了保障。 5、初步建立起从制备胶体探针到在原子力显微镜上应用胶体探针来模拟颗粒物间的作用力测定的方法。详细研究了灵敏度常数、弹性常数的标定方法和数据后处理方法,为应用胶体探针模拟颗粒物间相互作用过程及机理的进一步研究打下了坚实的基础。
【学位授予单位】:河北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O613.72

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【参考文献】
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