IPC-208BJ型原子力显微镜的硬件系统改进及其在生物学方面的应用研究

论文摘要

原子力显微镜（AFM）作为纳米科技中最为有效和重要的检测加工手段之一,其应用随着纳米科技热的兴起而日益引起人们的重视,仪器本身的稳定性、图像质量、操作的简便性以及应用领域的拓展和产业化也越来越受到关注。通过对AFM 基本原理的了解,以及对相应于不同应用的改进技术和在同样原理基础上发展起来的新型检测仪器的了解为背景,通过比较和分析,找出给现有AFM 仪器增加新功能的可行性。在对其主要的缺陷和不足有了比较深入认识的基础之上,针对IPC-208BJ 型机的研制和应用过程中碰到的问题,提出了配合新应用的改进方案,并进行了初步的实验研究,积累了应用经验。不仅拓展了AFM 的应用领域,也为AFM 在国内的普及和产业化奠定了良好的基础。本论文研究的主要内容包括:研究了AFM 扫描控制系统设计的基本理论,寻找出电路中适于引入其他装置以增加新功能的工作点;根据扫描隧道谱（STS）相关实验方式,在IPC-208BJ 型机的反馈回路中引入控制开关,并借助外围设备（函数信号发生器、存储示波器等）进行了三种样品（纳米碳酸钙、二氧化钛、晶体硅）的STS 实验,获得了初步的结论;研究了与其他方式相比较,STM 作为原子力显微镜（AFM）微悬臂的微位移检测装置的适用性,以及对应的对于金属丝微悬臂的改进措施,对于钨丝针尖的改进措施;针对生物样品的特殊性,对几种样品进行检测并对结果进行分析.

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 原子力显微技术的发展概况
• 1.2 AFM 的应用领域
• 1.2.1 表面结构观测和表面化学反应的研究
• 1.2.2 生物材料中的应用
• 1.2.3 纳米材料研究中的应用
• 1.3 本课题和论文的主要工作任务
• 2 基本原理
• 2.1 扫描隧道显微镜的工作原理
• 2.2 扫描隧道显微镜的缺陷
• 2.3 原子力显微镜基础知识
• 2.3.1 工作原理
• 2.3.2 力传感器
• 2.3.3 AFM 的不同操作模式
• 3 AFM 系统
• 3.1 镜体
• 3.1.1 隔绝振动系统
• 3.1.2 针尖与样品间距的调节
• 3.2 压电陶瓷扫描器
• 3.3 数据采集系统
• 3.3.1 对数放大部分
• 3.3.2 比例放大部分
• 3.3.3 低通与高通滤波部分
• 3.4 扫描驱动系统
• 3.5 软件部分
• 4 STM 作为检测 AFM 微悬臂微位移的装置
• 4.1 微悬臂形变的检测方法
• 4.2 AFM 微悬臂系统
• 4.3 AFM 与STM 扫描方式
• 4.4 STM 针尖的处理方法
• 5 AFM 在生物学方面的应用研究
• 5.1 AFM 应用于生物学研究的优越性及其存在的问题
• 5.2 AFM 生物样品制备技术
• 5.3 实验过程
• 5.4 AFM 针尖对样品的损伤讨论
• 6 扫描隧道谱实验
• 6.1 隧道谱的概念与基本理论
• 6.2 具体实验方法
• 6.3 实验结果
• 6.3.1 纳米碳酸钙
• 6.3.2 二氧化钛
• 6.3.3 晶体硅
• 6.4 对实验结果的定性分析
• 7 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书