原子力显微镜在锂离子电池界面研究中的应用

近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求. 然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一步提高现有锂离子电池的能量密度,需要对锂离子电池的整个系统和工作原理有更深刻和全面的理解. 存在于锂离子电池电极材料和电解液之间的固态电解质中间相（solid electrolyte interphase,SEI）已被证明是一个影响电池性能的重要因素,目前学术界和产业界对其认识还不是很全面,尤其是高分辨、工况下以及多技术联合的界面表征工作较少见到报道. 原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）通过探测针尖与样品之间的相互作用力,能够在原子尺度上原位表征液态电池界面的形貌以及力学特性,对于电极界面的理解和调控非常重要. 本文作者通过总结近几年AFM在锂离子电池SEI研究的中的应用,并结合本课题组在该领域的工作,对AFM技术在锂离子电池SEI研究中的应用做了总结和展望,对加深锂离子电池界面的理解,以及构建稳定锂电池界面的相关研究有参考意义.     

原子力显微镜几种成像模式在聚合物太阳能电池材料表征中的应用

聚合物太阳能电池材料表面柔软、粘弹性较强,很容易粘滞探针,从而影响到原子力显微镜的成像质量。本文通过比较轻敲模式、智能成像以及快速扫描模式三种原子力显微镜成像模式对聚合物太阳能电池材料的形貌和相位成像情况,分析探讨了探针型号的选择、作用力控制、扫描速率等参数对成像清晰度和准确性的影响。通过比较可知,弹性系数较小及具有反射镀层的探针均有利于聚合物类样品的检测;控制探针与样品之间较小作用力也有利于获得丰富的形貌信息;另外,扫描速率太高不利于获得细节形貌信息,应将扫描速率控制在一定范围内。因此,选择合适的成像条件和设置适当的扫描参数对原子力显微镜成功应用于分析表征聚合物太阳能电池材料样品具有十分重要的意义。     

石墨及金红石的原子力显微镜研究

1986年,Binnig等人研制出第一台原子力显微镜(AFM),这是在扫描隧道显微镜基础之上发展起来的又一种表面分析仪器。它通过探测针尖与被测物质表面原子之间微弱的相互作用力,可以实时地得到物质的表面形貌。     

原子力显微镜在聚烯烃研究中的应用

聚烯烃材料因其卓越的性能和较低的价格广泛应用于工农业、医疗卫生、军事、日常生活等领域。为了拓展聚烯烃材料的应用范围,表面功能化聚烯烃、聚烯烃与其他材料的共混物以及聚烯烃/无机纳米复合材料等得到了发展,并成为该领域的研究热点。原子力显微镜(AFM)是利用一个极为尖锐的针尖与样品间的相互作用力进行材料表面的形貌、物理和化学信息探测的一种技术,它在上述聚烯烃研究中发挥着重要作用。表面粗糙度是聚烯烃材料表面功能化研究中的重要参数之一,AFM技术则能够给出准确的表面粗糙度信息。由于AFM技术能够直观地观察各组分的混合状态及相分离情况,因此AFM技术成为聚烯烃与其他材料共混研究的重要手段之一。此外,AFM是一种非常有效的微纳米结构形貌的表征方法,在聚烯烃的结晶研究方面也得到了应用。本文简单介绍了AFM表面形貌观测的工作原理和工作模式,主要阐述AFM在聚烯烃材料研究中的三个主要应用:材料表面粗糙度、共混相分离以及结晶研究。     

原子力显微镜纳米压痕技术用于评估纳米药物功效

具有靶向性药物递送和可控释放双重优势的纳米药物是抗肿瘤药物的研究热点。在纳米药物应用中,药效评估是非常重要的方面。本研究利用基于原子力显微镜(AFM)的纳米压痕技术,通过分析纳米药物作用后细胞力学性质(杨氏模量和粘弹性等)的改变,评估其药效。结果表明,与游离的阿霉素(DOX)相比, DOX及喜树碱(CPT)脂质体纳米药物对宫颈癌(HeLa)细胞的药效作用更明显。进一步检测DOX和CPT不同摩尔比(4∶1和1∶4)混合的脂质体纳米药物对HeLa细胞的药效差异,发现在DOX和CPT的摩尔比为4∶1条件下,两种药物的协同作用增强了药效。对纳米药物作用后的HeLa细胞进行粘弹性评估,发现随着纳米药物作用时间的延长,细胞粘弹性随之降低。本研究提供了一种简单有效的筛选纳米药物的方法。     

用原子力显微镜操纵碳纳米管的研究

使用原子力显微镜,在接触模式下实现了对单壁碳纳米管束的各种可控操纵,包括弯折、切割和劈裂等.发现操纵结果与针尖作用力以及碳纳米管束在基底表面的受力状况有关.当碳纳米管在一定程度上被固定在表面上时,能够可控地完成各种操纵；当针尖作用力足够大时,碳管束能够被针尖劈裂.这种操纵技术将有助于碳纳米管特性的测试和纳米电子器件的构筑.     

原子力显微镜在生物大分子结构研究中的应用进展

评述了原子力显微镜（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ,ＡＦＭ）的成镜模式与探针技术的发展以及在脱氧核糖核酸、蛋白质和多糖等生物大分子结构研究中的应用进展,并展望了原子力显微镜在此领域的发展前景。     

原子力显微镜

<正>德国Bruker MultiMode 8型原子力显微镜德国Bruker MultiMode 8型原子力显微镜(AFM)的系统配置为MultiMode 8型主系统+NanoScope V型控制器,是全球噪音最低,分辨率最高的扫描探针显微镜;其采样速度高达6 MH,可同时进行8通道实时数据采集和成像;能对高分子、生物、化工、食品、医药等各种材料和样品进行纳米区域的物理性质包括形貌进行探测,或者直接进行纳米操纵;被测样品可为导体、半导体或绝缘体,不需要对被测样品作特殊处理,对样品损害     

原子力显微镜在高分子领域的应用

原子力显微镜在其发现不久即应用于高分子领域,弥补了扫描隧显微镜不能观测非导电样品的缺欠,因而受到重视,应用范围也不断扩展。最近几年,原子力显微镜的应用已由对聚合物表面几何形貌的观测发展到深入研究高分子的米级结构和表面性能等新领域,并由此导出了若干新概念和新方法。本文仅对当前原子力显微镜应用于高分子和高分子材料研究的几个重要方面举例进行介绍。     

原子力显微镜的基本原理及应用

先进的测试表征技术是认识微观世界的重要手段，对于尺度和维度观的培养具有重要意义。不同于传统光学显微镜和电子显微镜，原子力显微镜是通过其探针原子与样品的表面原子的作用力来实现对样品表面形貌观测的。简述了原子力显微镜的基本原理和基本构造，阐释了其核心部件及功能。原子力显微镜主要有4种工作模式，比较了它们的优劣及应用范围。最后对原子力显微镜在分析测试中的实际应用进行了简述，展现了原子力显微镜的优越性与广阔的应用前景。     

qPlus型非接触原子力显微技术进展及前沿应用

原子力显微镜(AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力获得样品表面的结构信息。基于qPlus传感器的非接触原子力显微镜(NC-AFM)在传统AFM的基础上进一步提升了空间分辨率,为研究表面物理和化学过程提供了一种新的成像和谱学研究技术。本文首先介绍NC-AFM的基本构造、高分辨成像机制和力谱测量等工作原理,总结了近年来NC-AFM在表面在位化学反应、低维材料表征和表面电荷分布测量等方面的应用,探讨了NC-AFM技术的发展与完善,展望了NC-AFM面临的机遇和挑战。     

基于原子力显微镜的单分子力谱在生物研究中的应用

原子力显微镜被广泛应用于生物研究领域,基于原子力显微镜的单分子力谱可以在单分子、单细胞水平上研究生物分子内和分子间的相互作用。 本文介绍了原子力显微镜单分子力谱在生物分子间相互作用、蛋白质去折叠、细胞表面生物分子、细胞力学性质和基于单分子力谱成像等研究中的最新进展。     

电化学原子力显微镜的应用

评述了电化学原子力显微镜的原理和技术及其在现场电化学和电分析化学领域的应用,如观察电镀、腐蚀和防腐的过程,电化学沉积膜的形成和特点,测定两表面间的静电力等,指出其存在的一些缺陷,并对经过改造后的电化学原子力显微镜进行了综述。     

Scanning Tunneling Microscopy and Atomic Force Microscopy in Organic Chemistry

When Kekulé awoke from dreams of snakes biting their own tails, he didn't have the benefit of a scanning tunneling microscope (STM) image to confirm that his vision of benzene as a cyclic molecule was accurate. References to STM in the chemical literature increase steadily, although the technique was perhaps oversold in its early days of the 1980s, with such promises as DNA sequencing and tailored bi-molecular chemical reactions (literally, two molecules). Publications alternate between attempting to explain the process by which images of traditional insulators are obtained and simply presenting the end images themselves as stunning views of atoms and molecules. While imaging mechanisms are still being debated, these instruments' ability to “see” single molecules has been established, albeit at the fringes of our expectations. For example, whereas STM studies at present might not be able to answer the question of why adsorption of CO doubles the density of platinum atoms on the surface of a single crystal of the metal, the images go far in illustrating that this is a process which platinum undergoes. As with any emerging analytical tool, these scanning, very localized microscopic methods are undergoing the growing pains of irreproducible results and mis-marketed artifacts. Nonetheless, we assemble here, primarily for the uninitiated, a collection of careful and credible studies to mark the progress of scanning tunneling microscopy and atomic force microscopy into chemistry, and to encourage a healthy blend of idealism and skepticism toward future work.     

原子力显微镜在蛋白单分子结构与功能研究中的应用

原子力显微镜(AFM)以其超常的信噪比、空间分辨率和灵活的探测环境使得单个蛋白分子能在生理条件下成像,在蛋白单分子结构与功能研究中得到广泛地应用。论文介绍了AFM在分子马达、光合蛋白、分子伴侣等蛋白表面结构表征中的应用;AFM在蛋白单分子表面的粘弹性、电荷分布、分子间相互作用等物理属性研究中的进展;总结了AFM在蛋白分子功能研究和单分子操纵中的应用。     

原子力显微镜中化学成键对力的贡献

迄今非接触原子力显微镜已经成为一个非常强大的工具. 它不仅能够得到表面的原子周期结构,还能给出分子内部的化学键信息. 针尖和样品之间的相互作用是原子力显微镜的有效信号,主要包括三种,即范德瓦尔斯相互作用、静电相互作用和化学键相互作用. 本文在生长于Si(111)-7×7 的铅薄膜上测量了针尖和样品之间的化学键相互作用. 通过获取该相互作用随偏压的变化,并且利用抛物线拟合有效局域接触势的位置,我们发现它是随着针尖和样品之间距离的增大而减小的. 这种趋势来自于针尖和样品之间波函数的交叠. 从而可以得到电子的衰减长度. 我们还测量到了该衰减长度随着铅薄膜厚度的变化会发生振荡,这种振荡归因于平顶楔形铅岛内电子的量子尺寸效应.     

原子力显微镜及其在电化学和电分析化学中的应用

本文评述了原子力显微镜原理和技术及其在现场电化学和电分析化学领域中的应用，并展望了扫描隧道显微镜和原子力显微镜在电化学和电分析化学中的发展方向。