扫描探针DFM模式下的炭黑表面微观结构研究
扫描隧道显微镜对粘胶基碳纤维表面微观结构的研究
Ｍ ｉ ｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｙ ｎ— ａ ｅ ｒ ｏ ｂ ｒ Ｓ ｒａ ｅ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｔ ｄ ｆ Ｒａ ｏ ｂ ｓ ｄ Ｃａ ｂ ｎ Ｆｉ ｅ ｕ ｆ ｃ ｓ ｂ ｃ ｎ ｉ ｇ Ｔ ｎ ｌｎ ｉ ｒ ｓ ｏ ｅ ｙ Ｓ ａ ｎ ｎ ｕｎ ｅ ｉ ｇ Ｍ ｃ ｏ ｃ ｐ
维普资讯
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测 试分 析 ・
扫 描 隧 道 显 微 镜 对 粘 胶 基 碳 纤 维 表 面 微 观 结 构 的 研 究
胡 扬 潘 鼎
上海 ２０ ５ ） ００ １
（ 东华 大 学纤 维 材料 改性 国家 重点 实 验室
敖 明
（ 航 天 材 料 及 工 艺 研 究 所 北 京 １０ ７ ） ００６
高 、 裂 伸 长 大 、 于 活 化 等 一 系列 的性 能 ， 其 是 断 易 尤
ｔｅｄ ｔ ｉ ｅ２ ｇ ，ｔｅｄｓ ｎｅｂ ｔｅｎ ｔｏａｊｃｎ ｃ ｂ ｎ ａ ｍ ． ４ ｉ ｗ ｉ ｅ ｄｓ ｎ ｅｂ ｔｅｎ ｔ ｈ ａ ｔ Ｄ ｉ ｅ ｈ ｉａ ｃ ｗ ｅ ｄａｅ ｔ ａ ｔ ｉ ０ １ ２Ｂ ａｎｈ ｍａ ｔ ｅ ｗ ｒ ｏ ｏ Ｓ ｎ． ｈｌ ｔ ｉａ ｃ ｗ ｅ ｈ ｅｈ ｔ ｅ ｅ
ｌｔ ｎ Ｓａｅ ｕ ｉ Ｃ ｌｓ．Ｇｒ ｐ ｉｅ ｌｋ ｔｕ ｔ ｅ ｏ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｏ ｏ ａ ｈ ｔ —ｉ ｅ ｓｒ ｃｕｒ ｎ ｔ ｕ ｃ ｆＲＣＦ ｘ ｍｉ ｅ ａ ｅ ｎ ｏ ｓ ｒ ｅ ｏ ｈ ｒｔｔ ｈ ｆ ｅａ ｎ ｄ ｈ ｂ ｅ ｂ ｅ ｖ ｄ ｆ ｒｔ ｅ ｆｓ ｉ ｓ ｉ ｍｅ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ
扫描探针显微镜原理及其应用-精工
扫描探针显微镜原理及其应用扫描探针显微镜的历史General term of a type microscope, which performs surface formobservation in minute domain by detecting the physics propertiesbetween probe and sample .STM (1981 invention 1987 utilization) AFM (1986 invention 1990 utilization)DFM （Dynamic Force Mode ）FFM (Friction Force Microscope)MFM (Magnetic Force Microscope)VE-AFM (Viscoelasticity AFM)KFM (Surface potential)SNOMProbeSample surfacephysical interaction10 mm 10μm10 nm10 nm 10 mmX,Y resolution/m10μmZ r e s o l u t i o n /mSEM Optical Microscope10 pmSPMTEM扫描探针显微镜与其他显微镜在分辨能力上的比较0.2nm800μm 15μmReference ：NIKKEI MICRDEVICES 86.11High Resolution in 3D imageAtomic Image （HOPG）STM（～2nm□）Magnet-Optical DiskMFM（10μm□）Lung cancer cell among culture solution DFM（100μm□）AFM Lithography by oxidization with elec. fieldVector Scan（1μｍ□）~ In Air ，High Vacuum ，Liquid ，Heat ，Cool ，Magnetic Field扫描探针显微镜的优势Observation・Analysis ⇒ProcessingTopography & Physical propertyMeasurement in various environmentBeforeAfter扫描探针显微镜原理标准配置功能♦Contact AFM（接触式原子力模式）♦DFM (动态力模式，包括非接触式和间歇接触式原子力模式)♦Phase Mode（相位模式）♦FFM (摩擦力模式)♦MFM (磁力模式)♦Vector Scan（矢量扫描，纳米刻蚀）♦Force vs Distance Curve (力曲线测量模式)Contact AFM（Atomic Force Microscope）DFM（Dynamic Force Mode）PZTDFM／PhasePZT Cantilever PZTSPIMFM（Magnetic Force Microscope）CantileverPZTPZTSPISurface Processing by SPM (Vector Scan)BeforeprocessingCantileverDirection of scanningElectrolyticoxidationAfterprocessingSPI扫描探针显微镜原理物理特性测量♦VE-AFM/VE-DFM (微区粘弹性测量模式)♦LM-FFM (切向调制摩擦力测量模式)♦Surface Potential Microscope KFM(表面电位势测量模式KFM)♦Piezo Response Mode（压电响应模式）SPIVE-AFM/DFM （微粘弹性模式）【测量原理】在AFM 模式下，使扫描器边产生Z 方向微小振动，边加一定周期的力在样品上，将这时的悬臂的弯曲振幅影象化，以测量粘弹性的表面分布。
表面微观形貌的测量及其表征
重庆大学硕士学位论文
中文摘要
摘
要
一个制件表面的微观几何形貌特性在很大程度上影响着它的许多技术性能 和使用功能， 而近年来科技的发展对各种纳米器件表面精度提出了越来越高要求， 如对半导体掩膜、磁盘等均已提出粗糙度的均方根小于 1nm 的表面要求，这给 科研人员提出了纳米级表面的测量和表征的问题。扫描隧道显微镜（STM）作为 一种基于量子隧道效益的新型高分辨率显微镜，是纳米测量学的基本工具，其在 表面形貌研究、生命科学及纳米制造等领域都有较广的应用。扫描隧道显微镜为 人们在纳米尺度上去研究表面提供了有力的工具。因此，研究扫描隧道显微镜在 表面形貌检测上的应用以及表面形貌的表征的研究具有重大的意义。 本文以 STM IPC-205B 型扫描隧道显微镜为测量工具，对其在微观表面形貌 检测上的应用进行了研究并开发了相应的程序。对表面形貌评价表征理论进行了 研究，对 motif 形貌表征方法进行了研究探讨。本文的主要研究内容如下： （1）对扫描隧道显微镜原理进行了分析，分析其优缺点及其应用领域。分析 了 STM IPC-205B 型扫描隧道显微镜各主要部分的性能，对其采集的数据格式进 行了分析，并针对不同的数据格式提出了针对粗糙度分析的不同数据处理方法。 同时针对 STM IPC-205B 型扫描隧道显微镜的特点，提出在进行粗糙度分析之前 对采集的表面新貌数据进行一定的滤波处理，以减少噪声的影响。 （2） 阐述了传统的基于轮廓中线的粗糙度提取理论， 并研究了基于形貌中面 的三维粗糙度评价理论。并利用所编写的程序对扫描隧道显微镜采集的数据进行 二、三维的粗糙度分析，得到的结果显示从统计学看，三维粗糙度评价更具有稳 健性。 （3）对二维 motif 方法进行了阐述，并对目前三维 motif 方法的发展进行了 研究。 对 Barre´ 的基于分水岭算法的三维 motif 方法进行了研究， 并提出了的三维 motif 合并的具体方法和准则。对三维 motif 方法的进行了实例应用，展示了其独 到之处。 （4）采用 Visual C++6.0 为编程软件，开发针对 STM IPC-205B 型机的粗糙 度分析软件，包含基于轮廓中线二维粗糙度评价、基于形貌中面的三维粗糙度评 价、二维及三维 motif 方法，以及数据处理功能。 关键词：扫描隧道显微镜，表面形貌，粗糙度，波纹度，motif 方法
扫描探针显微术的基本介绍
扫描探针显微术SPM：摩擦力热电磁化学光学其他STM-隧穿效应。
AFM-原子间的库伦作用。
对于绝缘体比STM成像更清晰。
扫描探针的特点：(1)分辨率高横0.1nm纵0.01nm(2)实时得到物体表面-表面扩散等动态过程的研究(3)单个原子层的局域结构-表面缺陷.重构.吸附体的形态和位置及由其引起的表面重构(4)可在真空、常温、大气等环境工作，无需特殊制样，对样品无损伤-生物样品和不同条件样品的表面，多相催化.超导.电化学中电极表面监测(5)配合扫描隧道谱，可得到表面结构的信息-不同层次的态密度.电子阱.电荷密度波，势垒变化，能隙结构(6)相对设备简单，体积小，价格便宜，环境要求低、制样简单，快捷方便。
移动原子或分子，失效分析，生物应用，硬盘检查，薄膜表征。
(7)检测效率低，定位和寻找结构慢，对样品表面的粗糙度有要求，探针的特性引起失真。
AFM：(1)接触模式-库伦排斥，恒力。
优点图像稳定分辨率高，缺点针尖或样品受伤害，不适合低弹性样品，不适合软性（分子聚合物，细胞）(2)非接触模式-库伦吸引，恒高。
优点适合柔软或弹性不会污染表面，缺点技术难度大分辨率低不适合液体(3)轻敲模式-介于接触和不接触斥，恒力。
优点分辨率高扫描速度较快适合柔性易碎或者粘附性样品受横向力影响小，缺点无法达到原子水平扫苗较慢技术复杂。
恒高和恒力：(1)恒高不使用反馈电路保持针尖和样品距离一定测量微臂振动，优点扫描速度快不适合起伏大(2)恒力使用反馈电路保持针尖和样品力一定保持微臂一定测量针尖的上下起伏，特点受控反馈的时间响应针尖上的力很好控制。
微悬臂测量：(1)隧道电流(2)光束偏折(3)光学干涉(4)电容法。
AFM的应用和原理
AFM的应用和原理简介原子力显微镜 (Atomic Force Microscopy, AFM) 是一种高分辨率、非接触式的成像技术。
它可以在原子尺度上对样品表面进行三维成像和测量，从而揭示了物质性质的微观结构和表面拓扑。
AFM广泛应用于材料科学、纳米技术、生物医学等领域。
本文将介绍AFM的原理和应用。
原理AFM的工作原理基于力和位移的测量。
AFM探针（也称为扫描探针）通过在样品表面的扫描，利用通过探针和样品表面之间的相互作用所引起的力的变化来获取样品表面的拓扑和性质。
AFM探针可以是硬尖、软尖或者化学修饰的尖端等形式。
应用表面形貌观察AFM可以提供非常高分辨率的表面形貌观察，能够直观地显示样品的拓扑结构。
这对于材料科学领域的表面形貌分析非常重要。
AFM可以用于观察材料的表面粗糙度、磨损程度、晶体结构等。
此外，AFM可以观察到微观结构和纳米结构，对于研究纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜的形貌和尺寸分布具有重要意义。
力-位移曲线测量AFM还可以通过测量特定的力-位移曲线来研究样品的力学性质。
利用AFM探针的弹性常数和样品与探针之间的相互作用来测量样品的刚度、弹性模量等力学属性。
表面电荷测量由于AFM可以测量力和位移，因此它可以被用于研究表面电荷或电势。
通过将AFM探针与样品表面接触，可以测量样品表面的电势分布，从而获得表面电荷情况的相关信息。
这项技术在材料科学、生物医学等领域有着重要的应用。
生物领域的应用在生物领域，AFM被广泛应用于观察和研究生物材料的拓扑结构、形态变化和力学特性。
AFM在生物领域的应用包括细胞成像、蛋白质分子结构的解析、生物分子的相互作用等。
通过使用不同类型的探针，例如硬尖、软尖或化学修饰的尖端，可以实现不同的生物样品检测。
结论AFM是一种重要的纳米尺度的成像和测量技术，具有高分辨率、非接触和多功能等优点。
其应用广泛，涉及到材料科学、纳米技术、生物医学等领域。
通过对AFM的原理和应用的了解，我们可以更好地理解其在科学研究和工业生产中的重要性和潜力。
三维纳米炭材料的表面修饰和微观结构调控及其电化学性能研究
三维纳米炭材料的表面修饰和微观结构调控及其电化学性能研究超级电容器作为一种新型的绿色能源存储和转化装置,具有充放电效率高、循环寿命长和功率密度高等特点。
然而,目前超级电容器的能量密度(特别是体积能量密度)仍然很低,这极大地限制了其商业化应用。
炭材料是目前商业应用最广泛的电极材料,它具有高的比表面积、丰富的孔结构和优异的导电性等,但是由于其电荷主要以双电层方式存储,而且表观密度比较低,因此炭材料的比容量(尤其是体积比容量)仍很低,如何通过结构以及工艺控制提高炭材料的比容量成为本领域的研究热点之一。
因此,本论文一方面以高体积能量密度的致密体石墨烯电极材料为研究对象,通过在石墨烯层间插入支撑材料和石墨烯表面造孔改善电解液离子在致密体石墨烯材料内部的扩散行为,同时通过氧掺杂引入赝电容提高材料的电化学比容量;另一方面为了进一步提高碳材料的电化学容量,制备表面化学修饰、高度石墨化的空心球状炭材料并填充电化学活性物质,在提高电极材料比电容的同时抑制活性物质的流失,从而提高材料的循环使用寿命。
具体研究内容包括以下三个方面:首先采用化学刻蚀法在石墨烯表面生成均匀的孔洞,在此基础上将多孔石墨烯与碳纳米管进行三维空间组装制备致密的多孔石墨烯/碳纳米管复合膜材料(GNCN)。
支撑在石墨烯层间的碳纳米管起到抑制片层团聚、增强薄膜力学和导电性能的作用;而石墨烯表面孔道结构设计将石墨烯层间的二维离子扩散模式有效地转化为三维扩散,显著缩短电解液离子在石墨烯层间的扩散距离,解决由于石墨烯致密化导致的电解液离子层间扩散阻力增大的难题。
研究结果表明GNCN膜电极材料具有高的比表面积、快速的离子扩散通道以及致密的空间结构(密度为1.126g/cm3),在碱性6mol/LKOH电解液中,当扫描速度为5 mV/s时,GNCN膜质量比容量为294 F/g,其体积比容量为331 F/cm3。
将GNCN膜材料在中性1 mol/LNa2S04电解液中组装对称超级电容器,其质量能量密度为23.1 Wh/kg,体积能量密度为26 Wh/L。
竹炭微观结构的电子显微学研究
第2期
杨 丽等：竹炭微观结构的电子显微学研究
139
Fig. 3
图 3 不同炭化温度的维束管的 SEM 像（ Bar = 100 μm） 。a：500 ℃ ；b：700 ℃ ；c：900 ℃ The SEM micrographs of the vascular of bamboo charcoal at different carbonization temperature（ Bar = 100 μm） .
收稿日期：2010-10-15 ；修订日期：2011 -02-06 基金项目：十一五国家科技支撑计划课题（ No. 2006BAD19B06） . 作者简介：杨丽，女，河北人，博士，讲师. E-mail：hunanyangli@ yahoo. com. cn
138
电子显微学报 J. Chin. Electr. Microsc. Soc.
第 30 卷
样品
BAC500 BAC700 BAC800
表 1 BAC 的比表面积和孔结构参数 Table 1 The specific surface area and pore structure characleristics of BAC
比表面积 （ m2 /g） 3447. 1 2841. 4
0. 891
0. 094
8. 7
平均孔径 （ nm） 2. 27 1. 96 1. 88
容易造孔，形成的 孔 径 也 相 对 较 大。 而 高 温 炭 化 后 的竹炭中挥发分去 除 的 较 为 干 净，并 已 形 成 大 量 的 孔洞，在此基础上进行 KOH 二次造孔时只能在已有 孔 壁 上 进 行 ，因 此 形 成 的 孔 中 微 孔 比 例 升 高 ，而 平 均 孔径也呈下降趋势。
【实验一】扫描探针显微镜(SPM)解析
2020/10/29
分析测试中心
动态力显微镜（DFM)
工作原理：保持针尖悬臂 的振幅衰减量不变
2020/10/29
自由振荡
分析测试中心
振幅衰减
动态力显微镜（DFM)
动态力显微镜是在样品扫描过程中，让探针的悬 臂在其共振频率附近作受迫振动，使得针尖以敲 打的方式敲击样品表面，由于在敲击过程中针尖 与表面之间的相互作用力会改变针尖的振动状态 （振幅，频率），从而引起反馈与控制扫描系统 的反应，调整扫描状态，保证针尖悬臂的振动状 态为初始状态，从而获得样品表面的形貌特征。
STM Scanning Tunneling Microscopy)
（扫 描 隧 道 显 微 镜
2020/10/29
扫描隧道显微镜（STM）
工作原理：保持 隧道电流的值恒 定。
2020/10/29
分析测试中心
扫描隧道显微镜（STM）特点
优点：1.目前分辨率最高的显微镜 2.可通过对扫描隧道谱的分析得到样品
这种扫描成像的方式减弱了针尖对样品的切向伤害，并且使得针尖与样品之间的相 互作用力大大减小。动态力显微镜(DFM)对样品表面基本没有损伤，可以对柔软、 易碎的样品进行表征。
2020/10/29
分析测试中心
相位像成像——样品表面倾斜角度不同
2020/10/29
分析测试中心
动态力显微镜（DFM)特点
扫描探针对于样品要求：1.样品厚度不超过1cm 2.表面清洗干净，无污染 3.表面比较平整
2020/10/29
分析测试中心
）
原动 子态 力力 显显 微微 镜镜 （（
分析测试中心
扫描探针显微镜SPM (scanning Probe Microscopy)
实验三 扫描探针显微镜的构造及形貌分析
实验三 扫描探针显微镜的构造及形貌分析一、目的要求1.了解扫描探针显微镜的结构和构成以及其所包含的功能2.了解扫描探针显微镜的实验条件3.掌握扫描探针显微镜的成像原理及成像条件4.掌握扫描探针显微镜的样品前处理5.学会分析扫描探针显微镜的数据结果二、扫描探针显微镜的基本结构和工作原理1.扫描探针显微镜的基本结构扫描探针显微镜大体由探针、激光光路，扫描头、反馈与扫描控制电路，与数据采集和显示系统组成。
⑴探针：探针是扫描探针显微镜中探测样品表面信息的一个探头，其末端半径非常小。
扫描探针显微镜为一个有弹性很好的水平微悬臂支撑的金字塔型晶体针尖，一般在扫描探针工作的时候，针尖末端距离样品表面的距离只有几个埃左右，其与样品之间的相互作用力为范德华作用力，随着距离的变化迅速衰减。
四象限光电位置探测器实际由四个光电探测器组成，每个探测器为一个象限；当激光灯打在四象限位置探测器上，每一个象限将会接收到光信号，并且将一定强度的光信号转换为相应大小的电信号，通过四个象限的光强之差的大小，可探知光斑中心的位置，其中上两个象限（A 和B ）与下两个象限（C 和D ）的相对光强差（DIF 值）的大小代表了光斑在垂直方向上偏离中心的偏离量。
表示了悬臂的垂直弯曲量，左象限（B 和C ）与右象限（A 和D ）相对光强差（FFM 值）代表光斑水平偏离中心的偏离量，表示悬臂的横向扭曲量。
其探测针尖悬臂形变的原理为：整个激光光路系统是一个光杠杆放大器，当针尖与样品间的距离边小时，其相互作用力变大，导致针尖悬臂产生微小的形变。
针尖的微小形变导致了由针尖反射到检测器（四象限探测器）的激光光斑中心发生了偏移，由于整个光路的长度是针尖悬臂长度的几百到上千倍，所以整个光路将针尖微小的形变放大了上千倍，所以整个光路将针尖微小的形变放大了上千倍，达到了微米级四象限探测器可以将光斑中心离距离探测器中心的距离线性的 B A C D转化成电压，并且这种微米级的光斑移动可以被四象限检测器轻易检测到。
扫描探针对炭黑结构及其结合胶微观形貌的研究
关键 词 ： 炭 黑 聚 集体 ； 结 合胶 ； 微观形 貌； 扫 描 探 针 显 微 镜 中 图分 类 号 ： ＴＱ ３ ３ ０ ． ３ ８ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ５ — ３ １ ７ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ０ １ — ０ ６
图从 炭 黑 结构 差 异上 ， 为胶 料 的 耐磨 性 、 拉伸性、 抗 撕裂 能力 提供 证据 ， ３种 炭黑 分 别 是普 通 炭 黑 、 耐磨 性炭 黑 、 低 滞 后 炭黑 ； 另外 ， 从 结 合胶 的形 貌 上 探讨 了橡 胶补 强机 理 。结合胶 是衡 量炭 黑补 强
效 果最 为重 要 的指 标 ， 然 而 以往 的研 究 仅 仅 注 重 炭 黑结 构 的研 究 ， 鲜 有 对 结合 胶 研 究 的报 道 。通
炭黑作 为 橡胶 补 强 剂 ， 已广 泛 应 用 于汽 车 轮 胎补 强 ， 是 仅次 于橡 胶用量 的第 二 大填加 剂 ， 炭 黑
粒子有 效增 强 了轮胎 的耐 磨性 、 抗湿 滑性 、 拉伸 性 及 使用 寿命 。随着 橡 胶 产 品 ， 特 别 是 轮胎 性 能 的 不 断提 升 ， 各 种炭 黑新 品种 的开 发应 运而 生 ， 如 高 结 构炭 黑 、 双相 炭 黑 、 反 向炭黑、 低滞 后炭黑 等。 炭 黑 的性 能 检测 主要分 为物 理 和化学 两方 面 。其
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ２ — １ ９ 作者简介 ： 谢 纯（ １ ９ ８ ６ 一 ） ， 男， 重庆忠县人 ， 在 读 硕 士 研 究 生， 主要从事炭材料方面的研究工作 。 ＊基 金项 目 ： 国 家 自然 科 学 基 金 （ ５ １ ０ ７ ２ １ ２ ５ ） ； 自贡 市 重 点 科 技 项 目（ ２ ０ １ １ Ｇ ０ ４ ３ ） ＊ ＊通 讯 联 系人
官能化纳米白炭黑的合成——微观结构对LSR物理性能的影响
橡 胶 参 考 资 料
２１ ０ ０拄
官 能 化 纳 米 白炭 黑 的合 成 一
微 观 结 构 对 Ｌ Ｒ 物 理 性 能 的 影 响 Ｓ
王进 文 编 译
硅橡胶 具有 多 种 优 良的性 能 ， 高 的 热稳 定 如
１ ０ ｍ之 间 。另一种 白炭 黑是 沉 淀 法 白炭 黑 ， ０ｎ 由
尽 管 白炭黑填 料 的一次 粒 子 尺 寸在 纳 米 范 围 内 ， 但 在 Ｐ ＭＳ中 的分 散 过 程 中它 们 极 易 团 聚形 成 Ｄ 较 大微 米尺度 的聚 集体 ， 使填 料 在 基 体 中 的分 散 较 差 。这些 聚集 体 很稳 定 ， 即使 在 高 剪切 作 用 下
也难 以解 聚 。分 散 于 Ｐ ＭＳ中 的纳 米 白炭 黑 的 Ｄ 其他 主要 问题 是 在 经 过一 段 时 间后 ， 白炭黑 表 面 羟基会 形成 较多 的氢键 ， 导致 粘度 增大 ， 使胶料 发
缩 合 而增大 。所 形 成 的 聚集 体 受 临界 凝 结浓 度 、
粒子浓 度和粒 子 电荷 以及 粒 子 表 面性 质 的影 响。 在聚结 阶段 ， 粒子 可 以形 成球形 结构 或分 型结构 ， 随粒 子浓度 的增 大 ， 胶体 溶液粘 度增 大 ， 粒子凝 使
结在 一起 。
氢 的条件 下 由 四氯化 硅 热 裂 解 而成 ， 表 面 覆盖 其 硅烷 醇基 团 ， 原 生 球形 粒 子 聚 集成 的支 化 聚集 属
值 。起 初 ｐ 值 较 高 ， 成 的硅 酸 缩 合 生 成 较 大 Ｈ 生 的低 聚集体 ， 再进 一步缩 合生成 白炭黑 粒 子 。ｐ Ｈ
值 较 高时 ， 白炭黑 粒子带 负 电 ， 会催 化粒子 与硅酸
晶沉 淀 。这种 方法 需 要 多个 后 续 工 序 ， 以不 适 所
利用扫描探针显微镜研究材料表面
利用扫描探针显微镜研究材料表面随着科技的不断进步，材料表面的研究变得愈发重要。
在材料科学中，材料表面的特性对于材料的性能、功能以及应用可能起着决定性的作用。
为了更好地理解材料表面的性质，人们使用了各种各样的技术，其中一种便是扫描探针显微镜。
扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy，SPM）是一种基于扫描探针的显微技术，通过探测器与样品之间的相互作用来研究材料表面的形态、结构以及性质。
这种技术具有高分辨率、高灵敏度和非破坏性等特点，能够在纳米尺度下观察和测量材料表面的微观结构和性质。
其中一种常见的扫描探针显微镜是原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）。
通过探针的尖端与样品表面的相互作用力，AFM能够绘制出材料表面的拓扑图像。
AFM可以实现高分辨率的表面测量，其分辨率可以达到纳米甚至次纳米级。
AFM的工作原理基于探针的尖端与样品表面之间的相互作用力。
探针的尖端通过弹性力与样品表面保持接触，并且在扫描过程中受到表面特征的影响。
通过感应探针尖端的弯曲变化，可以获取关于样品表面形貌以及力学性质等信息。
除了原子力显微镜，扫描探针显微镜还包括场发射显微镜（Field Emission Microscope，FEM）和电子探针显微镜（Electron Probe Microscope，EPM）等。
这些显微镜在不同的研究领域中发挥着重要的作用。
利用扫描探针显微镜进行材料表面研究可以帮助我们深入了解材料的结构和性质。
例如，通过观察材料表面的拓扑图像，可以分析材料的表面形状、纹理以及粗糙度等特征。
这对于材料的制备和性能的改善非常重要。
此外，扫描探针显微镜还可以用于研究材料表面的化学性质。
通过结合特定的化学探针，可以实现对材料表面化学组成和反应的表征。
这有助于我们了解材料的化学性质，并且为材料的应用提供参考。
扫描探针显微镜在材料科学领域的应用非常广泛。
它可以应用在金属、陶瓷、半导体、生物材料等各种类型的材料中。
成型机制炭的微观孔结构控制与表征方法研究
成型机制炭的微观孔结构控制与表征方法研究炭材料是一类重要的多孔材料，具有广泛的应用前景，如催化剂载体、电子材料、吸附剂等。
其中，具有高孔隙度和可调控的微观孔结构的成型机制炭（Microporous Activated Carbon，MAC）特别受到关注。
为了实现MAC材料的精确控制和优化设计，研究人员开展了大量的研究工作，以探索炭的微观孔结构控制与表征方法。
本文将介绍一些最常见的方法和技术，以期帮助读者了解并深入理解MAC材料的制备与研究。
一、炭材料的微观孔结构控制方法在炭材料的制备过程中，微观孔结构的控制是关键的一步。
炭的微观孔结构主要包括孔径和孔隙分布，可以通过选择不同的炭前体和制备条件来实现控制。
1. 炭前体选择炭前体的选择是影响炭材料微观孔结构的重要因素。
常见的炭前体包括有机物、无机物和混合物。
有机物炭前体如聚丙烯、聚苯乙烯等，可以通过热解或热处理得到炭材料。
无机物炭前体如硅酸盐和金属有机框架（MOF）等，在炭化或碳化过程中生成炭材料。
混合物炭前体则是有机物和无机物的混合体系，能够实现更加灵活的微观孔结构控制。
2. 制备条件控制制备条件是制备MAC材料微观孔结构的关键因素之一。
主要包括温度、反应时间、气氛和添加剂等。
通过调节这些参数，可以实现孔径和孔隙分布的调控。
例如，在高温下反应，可以得到较大孔径的炭材料；延长反应时间，可增加孔隙的数量；通过添加剂，能够减小炭材料的孔径。
二、炭材料的微观孔结构表征方法研究炭材料的微观孔结构需要使用一些表征方法，常见的方法主要有吸附测量、气体吸附-脱附实验和透射电子显微镜（TEM）观察等。
1. 吸附测量吸附测量是研究炭材料微观孔结构的常用方法之一。
常见的吸附测量包括气体吸附等温线测定和巴氏酸浸法等。
气体吸附等温线测定可用于测定炭材料的比表面积、孔隙体积和孔径分布。
巴氏酸浸法则可以评估炭材料的孔隙分布和孔径大小。
2. 气体吸附-脱附实验气体吸附-脱附实验是评估炭材料微观孔结构的重要方法之一。
-扫描探针显微分析技术(共34张PPT)
位置检测部分
在原子力显微镜/AFM的系统中，当针尖 与样品之间有了交互作用之后，会使得悬 臂cantilever摆动，所以当激光照射在微 悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为 悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量的 产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置 检测器将偏移量记录下并转换成电的信号 ，以供SPM控制器作信号处理。
原子力显微镜/AFM便是结合以上三个部分来将样品 的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜/AFM的系 统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样 品之间的相互作用，这作用力会使微悬臂摆动，再
20世纪三十年代早期卢斯卡（E.
图5溅射过程中，不同厚度的透明导电涂层ITO的表面形貌像
三种观察原子的方法比较
空间分辨率 样品制备测量 条件 结构信息
图像
TEM 1--10Ǻ 超薄切片真空
2维
直观
X—衍射
STM/AFM
1Ǻ
结晶样品mg级 量
平均结构参数 ， 三维内部结构
拟合、重构
1 Ǻ（Z：0.1 Ǻ ）
反馈系统
在原子力显微镜/AFM的系统中，将信号经由激光检测器取入 之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的 调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的 移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力。
AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描 移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料，当在压电陶瓷对称 的两个端面加上电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩 短。而伸长或缩短的尺寸与所加的电压的大小成线性关系。 也就是说，可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。 通常把三个分别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架 的形状，通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面扫 描的目的；通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样 品之间距离的目的。
扫描探针对炭黑结构及其结合胶微观形貌的研究
扫描探针对炭黑结构及其结合胶微观形貌的研究谢纯;陈建;崔汶静;金永中;张华知;宋亦兰【期刊名称】《弹性体》【年(卷),期】2013(23)2【摘要】以N234、N330、低滞后DZI3 3种不同结构的橡胶补强炭黑为材料,通过扫描探针对其聚集体形貌及其结合胶的微观形貌进行了研究.实验表明:N234的聚集体小,分布窄,二次结构影响较小；N330的聚集体形貌如同葡萄串,有链枝状；DZ13的聚集体分布较宽,大小不一.通过对结合橡胶结构观察发现,N234的结合方式不同于其它2种结构炭黑,结合胶的量更大,而DZ13表面的橡胶壳大于N330表面的橡胶壳,侧面证明了DZ13的表面活性较大.结合胶形貌的研究有助于了解炭黑结构对橡胶补强的影响,对炭黑补强机理的研究提供了直观的证据.【总页数】6页(P1-6)【作者】谢纯;陈建;崔汶静;金永中;张华知;宋亦兰【作者单位】四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室,四川自贡643000;四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室,四川自贡643000【正文语种】中文【中图分类】TQ330.38+1【相关文献】1.扫描电镜下煤矿粉尘的微观形貌特征研究 [J], 郭明明2.扫描电镜下煤矿粉尘的微观形貌特征研究 [J], 郭明明;3.结合胶的制备及微观形貌研究 [J], 胥会;陈建;代文超;罗少伶;谢纯4.溶剂法制备碳纳米管结合胶及其微观结构的研究 [J], 伍雅峰;陈建;金永中;张敬雨;孟春财5.扫描探针显微镜在炭黑/苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物结合橡胶微观结构研究中的应用 [J], 孟春财;陈建;伍雅峰;张敬雨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
炭黑的微观结构及其在三元乙丙橡胶中的应用性能
炭黑的微观结构及其在三元乙丙橡胶中的应用性能
李慧;胡琪;顾兆磊;刘显贞;陈琪
【期刊名称】《弹性体》
【年(卷),期】2024(34)2
【摘要】对三种不同工艺方法制备的同一牌号炭黑(N550)进行了微观结构和宏观物理机械性能进行研究。
采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等检测方式,分析三种炭黑聚集体在结构和粒径分布等微观结构上的区别。
对比了三种炭黑的微观结构及应用过程中分散状态的差异,并且探究了其在三元乙丙橡胶(EPDM)中物理机械性能和制品加工性能的差别。
结果表明,炭黑粒径小,原生粒子之间黏连程度低,炭黑的分散性、补强效果更优,胶料的流动性好,在加工过程中能耗低。
【总页数】5页(P63-67)
【作者】李慧;胡琪;顾兆磊;刘显贞;陈琪
【作者单位】青岛科技大学高分子科学与工程学院橡塑材料与工程教育部重点实验室;江西黑猫炭黑股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ330.381;TQ333.4
【相关文献】
1.导电炭黑微观结构及其应用性能
2.炭黑CF604在三元乙丙橡胶密封条中的应用
3.白炭黑粒子对三元乙丙橡胶硫化性能、黏弹性及泡孔结构的影响
4.三元乙丙橡胶
混炼胶中炭黑引起的焦烧现象及其主要影响因素研究5.动态流变行为在三元乙丙橡胶/硅橡胶共混物形态结构研究中的应用
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拉曼光谱分析炭纤维表面的微观结构
拉曼光谱分析炭纤维表面的微观结构任桂知;陈淙洁;邓李慧;全海宇;吕永根;吴琪琳【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2015(30)5【摘要】采用拉曼光谱技术研究了PAN基炭纤维表面微观结构的异质性. 借助于自制的旋装装置,实现了单根炭纤维纤维的旋转,利用拉曼面扫描技术获得了纤维整个外表面的拉曼光谱. 通过分峰数据处理,得到II/IG﹑IA/IG﹑IDi/IG 与ID/IG 的分布,发现这些结构参数具有较大的波动性,说明炭纤维表面微观结构是不均匀的. 进一步也计算出纤维表面的晶粒尺寸La 在0. 7-2. 9 nm间变化,结构缺陷有沿着纤维轴向取向的趋势. 通过拉曼旋转扫描,揭示出了炭纤维表面的复杂微观结构.%A polyacrylonitrile-based carbon fiber monofilament was characterized by a confocal micro Raman spectrometer with the aid of a stage that allowed the axial rotation of the fiber so that the whole surface area could be examined. Results indicate that disorder is localized and aligned along the axial direction of the fiber. La values in defective regions are relatively lower than in oth-ers. The changes in the amount of amorphous carbon in different regions are significant.【总页数】6页(P476-480,384)【作者】任桂知;陈淙洁;邓李慧;全海宇;吕永根;吴琪琳【作者单位】纤维材料改性国家重点实验室,上海 201620;纤维材料改性国家重点实验室,上海 201620;纤维材料改性国家重点实验室,上海 201620;纤维材料改性国家重点实验室,上海 201620;Texas Tech University, Department of Chemistry and Biochemistry, Lubbock, Texas 79409, USA;纤维材料改性国家重点实验室,上海 201620;东华大学材料学院,上海 201620;纤维材料改性国家重点实验室,上海201620;东华大学材料学院,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】TQ342.+74【相关文献】1.结晶紫在纳米磷化镓粉体表面吸附的表面增强拉曼光谱分析 [J], 邹陆军;张兆春2.炭纤维表面原位生长碳纳米管/纤维及其微观结构研究 [J], 刘磊;陈腾飞;顾辉;卢超;周建伟3.基于表面增强拉曼光谱分析水溶液中的泰乐菌素 [J], 彭秋燕; 康晓跃; 张倩4.AA 3003铝合金表面铬酸盐转化膜的拉曼光谱分析 [J], 叶宗豪;张元;朱永强;李腾蛟;刘建军;齐建涛5.载铜活性炭纤维Cu-ACF的微观结构与表面形态 [J], 杨全红;郑经堂;李英;王茂章;张碧江因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纳米材料的几种扫描探针显微表征方法
纳米材料的几种扫描探针显微表征方法
褚宏祥
【期刊名称】《光电技术应用》
【年(卷),期】2009(024)005
【摘要】扫描探针显微镜(SPM)作为一种广泛应用的表面表征工具,不仅可以表征三维形貌,还能定量地研究表面的粗糙度、孔径大小和分布及颗粒尺寸,在许多学科均可发挥作用.以纳米材料为主要研究对象,综述了国外最新的几种扫描探针显微表征技术,包括扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)和近场扫描光学显微镜(SNOM)等方法, 展示了这几种技术在纳米材料的结构和性能方面的应用.
【总页数】4页(P27-29,43)
【作者】褚宏祥
【作者单位】曲阜师范大学激光研究所,山东,曲阜,273100;淄博师范高等专科学校科研处,山东,淄博,255130
【正文语种】中文
【中图分类】O434.14
【相关文献】
1.扫描探针显微镜在纳米材料表征中的应用 [J], 包生祥;王志红;李红霞;曾慧中;戴林杉;陈琨
2.用于原子力显微镜的qPlus探针的扫描电镜表征 [J], 谢宇辰;陈科蓓;刘争晖;陈家凡;钟海舰;张春玉;宋文涛;徐耿钊;徐科
3.互补的微分析方法-扫描电子显微术和扫描探针显微术 [J], 王晓平;李凡庆;吴自
勤
4.基于扫描探针显微镜的几种洋酒AFM扫描图 [J], 吴士业;张敬雨;钟世荣;何彪;刘云波;赵金松
5.扫描透射电子显微镜探针尺寸的表征 [J], 朱亚璟;黄森
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