石墨烯的纳米摩擦与磨损性质

采用乙醇溶剂剥离的方法制备石墨烯. 通过对溶剂温度、超声时间、超声功率和溶剂离心速度及时间的控制, 从高定向热解石墨(HOPG)制备得到少层石墨烯. 用原子力显微镜(AFM)研究了云母基底上不同层数石墨烯在真空中的纳米摩擦过程, 发现从约4 个原子单层(4 ML)起, 摩擦系数基本不再变化, 但摩擦力仍随着厚度的增加而显著减小, 7 ML之后, 其摩擦系数基本接近于零. 在磨损实验中, 少层石墨烯表面存在刮坏的现象,且不同厚度的石墨烯的磨损现象明显不同, 其中2 ML石墨烯相比4 ML石墨烯表现出较好的耐磨损性能, 且不具有摩擦方向依赖性. 测试了真空下少层石墨烯和云母表面的粘附力, 发现不同层厚的石墨烯相差不大, 因此认为基底效应并不是磨损性质差异的主要原因. 相对于单层石墨烯, 少层石墨烯在抗磨损涂层等领域有着很大的潜在应用价值.     

非支撑磷脂双层膜制备及温度对其力学性质的影响

结合聚苯乙烯球刻蚀和微机电系统技术加工氮化硅纳米多孔膜, 并在其上用囊泡法制备非支撑磷脂双层膜, 通过温控原子力显微术(AFM)的成像模式和力曲线模式对非支撑磷脂双层膜的形貌和力学性质进行研究. 实验结果表明, 该方法制备的非支撑磷脂双层膜具有流动性, 能进行自我修复, 该特点有利于提供足够的非支撑磷脂双层膜区域用于其性质研究; 非支撑磷脂双层膜的膜破力和粘滞力均随着温度的升高而减小, 即膜的机械稳定性随着温度的升高而降低. 非支撑磷脂双层膜膜破力小于支撑磷脂双层膜的膜破力, 并且非支撑磷脂双层膜粘滞力随温度的变化趋势与支撑磷脂双层膜的变化趋势相反.     

介电力显微术：一种观察纳米材料中电荷行为的新方法

功能纳米器件中组成材料间的电荷转移输运过程对于器件中的物理化学过程以及由此引发的器件功能会有重大影响,因此,深入理解器件工作过程中的电子／离子行为机理对于优化器件功能以及进一步开发纳米材料的应用潜力具有重要意义．传统场效应晶体管对于纳米材料的电输运测量表征反映了载流子在整个器件中的统计行为,但难以检测电荷具体的转移输运过程．同时,由于纳米材料的尺寸和分散性,基于纳米材料的场效应晶体管面临着制备困难、电极／纳米材料接触复杂和制作成本高等问题．因此,本课题组发展了介电力显微术（dielectricforcemicroscopy,DFM）方法并实现了对纳米材料电学性质的无接触、高空间分辨率和快速表征．本文介绍了介电力显微术的基本原理,列举了其在探究一维纳米材料、纳米颗粒以及有机半导体薄膜电学性质上的一些应用实例．这些实例验证了介电力显微术对纳米材料电学性质的表征能力,并展现了这一技术在纳米材料物理化学性质和纳米器件功能研究上的广阔前景．     

原子力显微镜中等容液桥的毛细力分析

用表界面热力学方法和力学方法研究了原子力显微镜中等容液桥的毛细力和液桥的断裂能,对这两种方法进行了对比分析.对液桥分析中圆弧近似的适用性进行了讨论,对轻敲模式下的能量耗散进行了分析,指出液桥断裂引起的能量耗散是引起相位变化的主要因素,另外还指出了接触角滞后效应对毛细力和断裂能的影响.模型分析对原子力显微镜轻敲模式下成像机理的理解以及力曲线测量分析有一定的参考价值.     

基于高阶谐振悬臂的动态原子力显微镜的研制

动态原子力显微镜微悬臂为无限自由度系统,具有多个谐振模态的振动特性。微悬臂的工作振动频率是影响动态原子力显微镜系统的测量特性的关键参数之一,为了提高微悬臂的谐振频率,结合悬臂的高阶谐振特性,研制了基于高阶谐振悬臂的轻敲式动态原子力显微镜,可实现对微观表面的测量,并且明显改善了动态原子力显微镜系统的测量灵敏度、测量速度等测量特性。     

Growth and Morphology of Magnetron-Sputtered TiA1 Alloy Thin Films Studied by Atomic Force Microscopy

At the aim of investigating the growth mechanism and morphology evolution of magnetron-sputtered TiAI alloy thin films, we observe the films deposited for different times and find out the variation by atomic force microscopy. Nucleation mechanism and growth kinetics are studied by dynamic scaling, obtained from the morphology evolu- tion of as-deposited TiAI thin films with different growth times. As a result, we demonstrate that the process of film growth goes through three stages, divided by three different growth exponents. The three growth exponents are β1 = 0.52± 0.01, β2 = 0.71 ±0.01, and β3 = 0.17 ±0.02, respectively. With the deposition time varying from 2rain to 10min, the roughness exponent a fluctuates in the range 0.61-1.16.     

Thermodynamic properties of Heisenberg magnetic systems

In this paper, we present a comprehensive investigation of the effects of the transverse correlation function （TCF） on the thermodynamic properties of Heisenberg antiferromagnetic （AFM） and ferromagnetic （FM） systems with cubic lattices. The TCF of an FM system is positive and increases with temperature, while that of an AFM system is negative and decreases with temperature. The TCF lowers internal energy, entropy and specific heat. It always raises the free energy of an FM system but raises that of an AFM system only above a specific temperature when the spin quantum number is S 〉 1. Comparisons between the effects of the TCFs on the FM and AFM systems are made where possible.     

有限厚度模型校准二维MoS2的Bimodal-AFM杨氏模量测量

二维材料因其独特的晶体结构、新奇的物理特性和优异的力学性能, 在微纳机电系统、柔性电子器件等诸多领域有着广阔的应用前景. 弹性模量是二维材料的基本力学特性参量之一, 对其器件应用及应变调控有重要影响. 受限于二维结构和原子级厚度特征, 难以实现二维材料弹性模量的精确测量. 双模原子力显微镜的振幅调制-频率调制模式是一种高效测量二维材料杨氏模量的方法, 但刚性衬底对测量结果的影响不可忽视. 本工作通过双模原子力显微镜直接测得衬底与二维硫化钼的杨氏模量分布图, 并基于有限厚度模型对衬底效应进行修正, 得到了样品的本征杨氏模量值. 利用第一性原理计算得到了二维二硫化钼的弹性系数和杨氏模量, 对比发现实验和计算结果相当. 这说明双模原子力显微镜测量是一种可靠的二维材料杨氏模量直接测试方法, 且该方法无需制备悬空二维材料等繁琐步骤, 避免了常规测试中的不足. 本工作为大面积二维材料薄膜力学性能的程序化测试分析以及高通量力学实验数据的统计分析提供了可靠的实验基础.