收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于AFM的纳米结构精确测量的方法学和标准化研究

王春梅  
【摘要】: 本论文重点研究应用原子力显微镜(AFM)对纳米结构(纳米颗粒/纳米材料/单个生物分子等)的形貌进行精确检测的方法学,其目标是发展与AFM针尖形貌精确测量相关的方法学、发展适用于纳米结构的形貌校正/重构模型和适用于AFM的图像处理新技术,进而有助于发展、建立并制定标准化的检测方法和过程,提高对纳米结构的测量分辨率和测量精度。 纳米结构的测量标准化是当前国际纳米科技领域的重点研究内容之一。作为纳米检测技术的基本工具之一,AFM已经在研究纳米尺度物质的结构和特性方面取得了显著的进展,但在规范统一并可溯源性的标准化测量方面还处在起步的探索阶段.。当前实现基于AFM的精确测量存在许多困难和挑战,影响对样品纳米结构的定量表征,其中包括:1)AFM实验得到的图像是针尖形貌与样品结构的卷积/膨胀结果,目前还缺乏有效的方法精确标定针尖本身的形貌;2)针尖样品间相互作用的复杂性直接影响AFM的实验测量结果,当前还无法判断并单一区分这些相互作用;3)对于柔软的纳米结构,当前的针尖样品卷积模型还没有将形变考虑在内;4)此外,AFM仪器本身的特性(扫描管的非线性漂移、噪声等)以及针尖的安装方式等都会以不同的程度和方式影响测量结果。 针对这些问题,本论文的主要研究内容包括两方面:1)基于新发展的有望成为一种标准物质的Tip Characterizer (Tip-C),从组装过程对Tip-C成功制备的影响、Tip-C作为标准样品的可行性以及测量误差分析及优化等方面研究利用Tip-C精确测量针尖形貌的方法;2)基于精确测量的针尖形貌,对几种纳米结构(纳米金颗粒、碳纳米管和DNA分子)进行测量校正,研究校正模型的可行性及修正方案,以实现对纳米结构的精确测量。 针对应用Tip-C开展AFM针尖精确测量的主要研究结果包括: 1)新发展的Tip-C可用于无损测量有效针尖形貌,有望进一步发展成为表征针尖形貌的标准样品;2)提出动态模式下AFM针尖的倾斜振动因作为一个影响因子耦合在卷积模型中,由此建立了动态模式下针尖-样品的卷积物理模型;3)对探针-Tip C相互作用主要参数(成像力、表面结构、反馈等)进行了系统分析,研究了相应参数下测量到的针尖形貌的规律性变化,提出可把相位作为标准样品测量评判的关键参数之一;4)结合Tip-C的特殊结构设计和测量变化规律,提出量化实验误差的实验性判据;5)建立了针尖倾斜振动方式下测得的振幅-相位-距离曲线的振动空间和表面拓扑结构之间的关系,并用于定量分析针尖-样品相互作用变化;5)由针尖稳态振动方程、针尖-样品相互作用DMT模型和已知针尖-样品平均力方程,建立了独立的悬臂参数组和样品参数组之间的近似关系,理论研究了Asp的优化条件,建立的量化关系有助于在固定样品情况下指导多种悬臂的优化参数设置与调节。 针对典型纳米结构精确测量的主要研究结果包括: 1)对Au和DNA的形貌校正表明,去卷积操作能极大地提高测量的可靠度,但是由于纳米结构的形变等因素,需要针对性进行测量方法和测量条件的优化;2)针对截面为类弧形的柔软纳米结构,提出基于接触点的修正Garcia校正模型,基于此模型校正后的CNT的形貌特征与TEM的检测结果具有可比性。结合其他AFM技术,有可能表征出包含内壁层数在内的CNT完整结构信息;3)提出基于VSPFM技术和Tip-C的柔软纳米结构精确测量的普适方案,并有针对性地将图像处理中的配准和叠加算法应用于该方案面临的漂移和噪声问题,提示图像处理算法可能对AFM精确测量起到重要作用。 应用AFM实现纳米结构的精确测量及其标准化是一项多因素影响的系统性工作,目前还缺乏相关的基础性标准,还处在探索研究阶段。本论文的研究内容和发展的方法不仅为从事AFM测量的研究者所关注,Tip-C的部分工作也已包含在相关国际标准化组织和机构(ISO等)研究和制定纳米标准的工作计划中。希望通过进一步的国际合作和深入研究,加速AFM精确测量纳米结构的标准化研究,及早发展并制定出与AFM相关的检测技术标准,从而规范有效地提高对纳米结构的研究、开发、应用和风险控制的水平。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;全国石油天然气标准化技术委员会成立[J];中国石油和化工标准与质量;2008年07期
2 ;中化化工标准化研究所化工标准发行中心为全国各行业提供最新化工国家、行业标准[J];化工标准.计量.质量;2001年03期
3 王英梅,李志强,陈敏,廖隆理,田云飞,赵纯培;原子力显微镜对天然猪皮胶原纤维精细结构的研究[J];中国皮革;2002年15期
4 方千山;水泥窑火焰温度的图像处理及研究[J];水泥技术;2002年06期
5 田宝柱,李刚,黎英,黄德音;用原子力显微镜观察菁染料聚集体[J];信息记录材料;2003年02期
6 吴爱国,魏刚,李壮;原子力显微镜技术对生物样品的研究[J];分析化学;2004年11期
7 王莉,郑汝东;电子雕刻制印花滚筒的工艺及发展[J];染整技术;2005年09期
8 曹烈;宋伟;;视频图像比色方法在钢厂加热炉钢坯温度测量系统中的应用[J];冶金动力;2005年06期
9 阮湘元;彭敏;徐经伟;蒋致成;陈小明;李益恒;;谷胱甘肽在汞表面吸附与自组装行为的原子力显微镜研究[J];分析化学;2005年11期
10 刘木华;段武貌;黎静;郑华东;;基于图像处理和支持向量机分类的牛肉大理石花纹等级评定[J];沈阳农业大学学报;2005年06期
11 陈莹;吴爱国;;基于图像处理的火灾监测系统软件设计[J];低压电器;2006年01期
12 曾宗强;赵丽春;陈锦炜;;原子力显微镜技术在高分子材料研究中的应用[J];热带农业工程;2006年02期
13 韩贤武;陈小安;杨学恒;白海会;;基于原子力显微镜的纳米级表面粗糙度测量[J];重庆大学学报(自然科学版);2007年02期
14 马豫峰;蔡继业;;壳聚糖与牛血清白蛋白分子印迹聚合物的制备与表征[J];高分子材料科学与工程;2007年02期
15 王锐;徐化明;李聃;梁吉;;定位生长法制备AFM单壁碳纳米管针尖[J];物理化学学报;2007年04期
16 林晶;阎永贵;陈光章;马力;钱建华;;应用原子力显微镜研究硫酸盐还原菌对A3钢的腐蚀[J];中国腐蚀与防护学报;2007年02期
17 姚进;李秀芳;邹玉妮;祝洪杰;;一种基于灰度形态学的全方位多路滤波方法研究[J];山东轻工业学院学报(自然科学版);2007年02期
18 耿立威;张晓燕;王立;王广德;;用原子力显微镜分析Al_2O_3抛光处理的ITO玻璃表面形貌[J];理化检验(物理分册);2007年09期
19 苑维双;李进;张飒;杜一立;;原子力显微镜在微生物腐蚀研究中的应用[J];表面技术;2007年06期
20 陈晓栋;徐小力;许宝杰;;基于视觉的产品质量监测系统[J];煤炭技术;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张坤;齐浩;任兆玉;陈文芳;刘颖;艾霞;;UV诱导的细胞DNA损伤检测[A];第七届全国光生物学学术会议论文摘要集[C];2010年
2 叶志义;杨学恒;靳平;;P-selectin/PSGL-1分子间相互作用的原子力显微镜研究[A];重庆市首届工程师大会论文集[C];2004年
3 孙剑楠;季宇彬;汲晨锋;;羊栖菜多糖(SFPS-B2)的原子力显微镜观察[A];2008年全国糖生物学学术会议论文摘要[C];2008年
4 蒋俊光;蔡明军;郝先;单玉萍;王宏达;;活细胞膜蛋白定位的分子识别原子力显微镜研究简介[A];东北三省生物化学与分子生物学学会2008年学术交流会论文摘要[C];2008年
5 叶志义;张丽;范霞;;原子力显微镜研究加载速率对细胞弹性的影响[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年
6 李学丰;张高勇;董金凤;周晓海;洪昕林;严肖慈;罗明道;;原子力显微镜研究囊泡在云母表面形成的结构[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
7 张亦奕;贺节;商广义;姚骏恩;;原子力显微镜及应用[A];第八次全国电子显微学会议论文摘要集(Ⅱ)[C];1994年
8 石玮;郭正洪;戎咏华;陈世朴;徐祖耀;;原子力显微镜测定马氏体相变切变角新方法[A];第十一次全国电子显微学会议论文集[C];2000年
9 鲁晶晶;景黎君;李尽义;韩瑞;方桂远;彭涛;张博爱;贾延劼;;Caveolin-1对大鼠骨髓间充质干细胞神经分化影响的原子力显微镜观察[A];中华医学会第十三次全国神经病学学术会议论文汇编[C];2010年
10 褚明福;肖洒;邹乐西;仲敬荣;任清波;;金属铀氧化的拉曼光谱和原子力显微镜在线研究[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王春梅;基于AFM的纳米结构精确测量的方法学和标准化研究[D];上海交通大学;2009年
2 张旗;基于属性的图像分类研究[D];大连海事大学;2005年
3 余庆军;智能图像处理及其在无线多媒体业务中的应用[D];华南理工大学;2004年
4 王朝阳;微米云纹法及其相关的超高频制栅与数字化图像处理技术[D];清华大学;1999年
5 倪超;定量化多巴酚丁胺超声心动图负荷试验的临床研究[D];中国协和医科大学;1995年
6 张东梅;车载平台变形测量技术的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
7 程光权;基于方向小波图像处理与几何特征保持质量评价研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 刘斌;微小三维尺寸自动光学检测系统的关键技术研究[D];天津大学;2010年
9 王保平;基于模糊技术的图像处理方法研究[D];西安电子科技大学;2004年
10 石永华;基于视觉传感的药芯焊丝水下焊接焊缝自动跟踪系统[D];华南理工大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹洋;基于图像处理的摇表读数系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 裴暑云;基于嵌入式ARM的图像处理的物料分级系统的研究[D];武汉工业学院;2010年
3 谢虎;基于CCD图像处理的汽车主动安全系统的研究[D];东北大学;2008年
4 黄飞程;CD_8~+T细胞表面受体分析和骨形态蛋白对人乳腺癌细胞的作用及机理研究[D];暨南大学;2010年
5 于淼;癌细胞纳米力学性能测试方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 朱杰;数字图像处理技术在螺纹检测中的应用研究[D];河北科技大学;2010年
7 陈帅;基于图像处理的监控时延自动化测试系统[D];南京理工大学;2012年
8 汤婵;图像处理课程学习平台的设计与开发[D];华东师范大学;2010年
9 王娜;基于图像处理的玉米叶部病害识别研究[D];石河子大学;2009年
10 陈亭;基于IDL的水质污染监测可视化设计与实现[D];电子科技大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;CCSA发布无线终端标准化研究成果[N];人民邮电;2006年
2 李松;省标准化研究院获国家标准数字打印资质[N];河北经济日报;2007年
3 本报记者 刘伟兵 实习生 廖恋沙;标准化:空调竞争步入规范稳定期[N];民营经济报;2006年
4 记者 李跃波;两强联手抢占纳米产业化先机[N];安徽日报;2007年
5 黄磊;济南市RFID产业领跑山东[N];中国包装报;2008年
6 四川 刘焱彬;数码相机的图像处理[N];电子报;2001年
7 综研室;让“标准”成为企业发展助推器[N];安徽经济报;2007年
8 邓小国本报记者 傅江平;让更多标准成果装点百姓生活[N];中国质量报;2008年
9 秦秋;中医药标准化研究有新进展[N];健康报;2004年
10 杨守勇;中药标准化是重中之重[N];医药经济报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978