从光学显微镜到光学“显纳镜”

光学显微镜在生物学和医学等众多科学技术以及生产领域发挥着重要作用,分辨能力已经进入纳米尺度.本文综述了光学显微镜的放大原理、结构组成、发展历史、在生物学发展中的推动作用以及超越阿贝衍射极限实现超分辨荧光显微镜——光学显纳镜的原理和方法.光学显纳镜重点介绍了2014年获得诺贝尔化学奖的两项超分辨荧光显微技术,一是以光激活定位显微技术为代表的单分子显微技术,一是通过增加一束损耗光等效减小激发光斑大小来实现超分辨的受激发射损耗显微技术.     

石墨双层在外力作用下的变形特性

利用原子力显微镜的探针将石墨的双原子厚片层进行撕裂操作,发现石墨片层只沿特定的方向撕裂和折叠;进一步还发现被撕开的片层在探针的作用力下有可能被压缩或拉伸,被压缩的片层会恢复到原来的形状,但被拉伸的片层却不能恢复到原来的形状.     

应力波的激光产生和检测

应力波的激光产生和检测，是一个受到各领域专家关注的、在无损检测和应用力学等方面有着极大应用潜力和研究兴趣的新兴领域。针对其力学方面、实验技术和应用前景等，本文对有关原理、方法、技术和实用进行了简要的归纳与总结。     

原子力／摩擦力显微图象的分析与测量

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．     

AFM稳定性研究

“突跳”现象严重影响着原子力显微镜(AFM)的性能。根据W igner-Seitz模型微观连续介质理论,建立了AFM针尖同试样面接触力包含斥力的数学模型;由分析力学的稳定平衡条件,发现了引起AFM“突跳”的本质是不稳定平衡点的存在;通过增加AFM悬臂梁刚度,提出了一种避免AFM“突跳”现象发生的方法,并给出仿真结果。     

磨粒的三维表面特征描述

介绍了三维表面粗糙度参数和表面纹理指数,采用三维表面高度偏差Sa、均方根Sq、表面斜度Ssk、表面峭度Sku等粗糙度参数和表面纹理指数Stdi描述磨粒的三维表面特征,选用油液分析获得磨粒,对其表面特征进行实例分析.结果表明,运用上述参数能够很好区分不同类型的磨粒表面特征.     

C/C-SiC复合材料的制备及其湿式摩擦磨损性能研究

采用T700炭纤维针刺毡,经超声振动渗硅、化学气相沉积(CVD)、硅化处理及液相浸渍/炭化新工艺制备SiC呈"岛状"分布的C/C-SiC复合材料,利用偏光显微镜和扫描电子显微镜观察其微观组织结构并分析其形成机制,在MM-1000型湿式摩擦磨损试验机上研究C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在初始转速恒定的条件下,动摩擦系数随制动比压的增加而逐渐减小;当制动比压恒定时,摩擦系数随初始转速的增加呈现出先增大而后降低的趋势;在本文试验条件下,摩擦系数稳定在0.088～0.126之间;在300次磨损试验后,其磨损量检测值为0.     

超声波的光外差接收

激光接收超声是一种非接触式的超声接收技术，它在超声无损评估及检测领域有重要的应用。本文设计研制了激光外差干涉接收超声的实验系统，该系统由声光调制器产生光频的频移，锁相环进行位相解调。文中重点讨论：（１）在光学部分，外差干涉光路空间准直性对信噪比的影响。（２）在信号处理电路部分，锁相环电路特性分析及其参数确定     

碟形超声变幅杆的设计

优化超声变幅杆的形状结构可有效地提高水域声场分布和空化区域,提升对水域超声空化效果。通过模拟分析发现传统超声变幅杆在水域中具有声场分布均匀性差、变幅杆端部声压高等特征,不利于声波在水域中传播。基于此,提出并优化设计了一种具有碟形结构的变幅杆,位于变幅杆的最大振幅处的碟形结构,有更大的振动位移;模拟表明其水域声场和声压均衡度显著优于传统变幅杆,铝箔空化腐蚀实验进一步证实了其水域中的声压分布均匀性。同时,实验通过铝箔的空化腐蚀、KI剂量测定及工件表面油渍去除对比了传统变幅杆和碟形变幅杆,分析表明碟形变幅杆所在水域中有较大的空化腐蚀区域,腐蚀速率明显提升,声化学反应速率提高,油渍去除程度增强,说明了设计的碟形变幅杆能够促进空化泡的产生,增加水域空化区域。     

超声搅拌磁流变抛光液的声场仿真分析

为了探究超声搅拌磁流变抛光液的制备及优化工艺,利用多物理场数值计算方法,建立了超声搅拌磁流变抛光液的声场仿真模型,并进行了频域分析。研究了不同液位深度、超声变幅杆探入深度,不同功率下磁流变抛光液的声场分布。通过测量磁流变抛光液的声场强度对声场仿真进行了验证。结果表明：随着距变幅杆距离的增加,声强逐渐减弱,高声强区域主要分布在换能器轴线附近。声强在距变幅杆20mm范围内急剧衰减,变幅杆最佳探入深度为10mm,增大功率有助于空化区域的扩大。声场仿真结果与实验测量结果基本一致,对磁流变抛光液的制备提供了数值计算基础。