AFM综述
AFM总结
AFM总结AFM（Atomic Force Microscopy，原子力显微镜）是一种高分辨率、非接触式的显微镜技术，用于研究材料表面形貌和性质。
它基于探针与样品表面之间的相互作用力，通过扫描样品表面并记录这些相互作用力的变化，从而实现对样品的显微观察。
原理AFM的工作原理基于一种称为扫描探针的微细尺寸探头。
探针通过微悬臂束附着在针座上，其尖端与样品表面相互作用。
当探针扫描在样品表面上时，探针的尖端会受到样品表面的相互作用力的影响，从而造成悬臂束的微小弯曲。
这种微小的弯曲被传感器检测到，并转化为电信号。
通过记录这些电信号的变化，我们可以确定样品表面的形貌和性质。
由于探针与样品表面之间的相互作用力的极小化，AFM是一种非接触式的显微镜技术，可以避免对样品的损伤。
主要应用AFM在物理学、生物学、化学和材料科学等领域中具有广泛的应用。
表面形貌研究AFM可用于研究材料的表面形貌，包括纳米级和亚纳米级的特征。
通过扫描样品表面并记录探针的位置变化，我们可以生成具有高空间分辨率的表面拓扑图像，进而分析材料的表面结构和形貌特征。
材料力学性质研究AFM还可用于研究材料的力学性质。
通过在AFM探针的尖端引入压力传感器，我们可以测量样品表面的力学响应。
通过在不同位置施加力并记录反馈响应，我们可以获得材料的力学性质，如弹性模量、硬度和粘度等。
生物分子研究AFM在生物学研究中也发挥着重要的作用。
它可以用于观察和测量生物分子，如蛋白质、DNA和细胞等。
通过准确控制扫描速度和力度，AFM可以提供有关生物分子尺寸、形状和相互作用力的信息。
这对于了解生物分子的结构和功能起着至关重要的作用。
纳米加工和纳米制造AFM还可用于纳米加工和纳米制造。
通过利用AFM探针的尖端作为纳米刻蚀工具，我们可以在样品表面上进行定向的纳米加工，并实现纳米级结构和器件的制备。
这种纳米加工技术在纳米电子学、纳米器件和纳米材料的研究与开发中具有重要意义。
优点和局限性AFM具有以下优点：•高空间分辨率：AFM具有亚纳米级别的空间分辨率，可以观察到细微的表面形貌特征。
AFM_原子力显微镜简介(1)概述
2.接触式AFM工作原理
样品放置在扫描器上方，扫描器中的压电陶瓷管在外加电压的 作用下，可以在X、Y 和Z 方向上独立运动。SPM 探头中的 激光器发出激光，照射在探针的尖端背面，经反射后，落在 光斑位置检测器上。光斑位置检测器上下部分的光强差产生 了上下部分的电压差，通过测量这个压差，就可以得到光斑 位置的变化量。
谢谢！
2.接触式AFM工作原理
当探针在样品表面扫描时，由于样品 表面的原子与微悬臂探针尖端的原 子间的相互作用力，微悬臂将随样 品表面形貌而弯曲起伏，反射光束 也将随之偏移，光斑位置检测器上 下部分的电压差值也发生改变。反 馈电路测量这个差值，通过改变加 在扫描器Z 方向上的电压，保持这 个差值的恒定，计算机记录这个电 压，即反映了样品的表面形貌。
原子力显微镜（AFM）
1.概述 2.工作原理 3.仪器介绍 4.成像模式 5.AFM应用 6.AFM的缺陷
1.概述
• AFM (Atomic Force Microscope)原子力 显微镜 以原子间力为理论基础的显微镜， 从STM（扫描隧道显微镜）发展而来 • 以原子尺寸观察物质表面结构 • 金属、半导体、绝缘体 • 大气、液体环境下直接观察 • 精确测量样品的尺寸参数精确测 量样品的尺寸参数
3.仪器介绍
4.成像模式
4.1 接触模式 • 针尖与样品表面距离小，利用原子间 的斥力 • 可获得高解析度图像 • 样品变形，针尖受损 • 不适合表面柔软的材料
针尖 样品表面
接触模式
4.成像模式
4.2 轻敲模式 • 探针在Z轴维持固定频率振动，当振动到 谷底时与样品表面接触 • 对样品破坏小 • 分辨率几乎与接触模式相同
2.轻敲式AFM工作原理
用一个外加的振荡信号驱动探针在样品 表面上方振动。探针振动的振幅也可通 过光斑位置检测器的上下部分的光强差 来确定。
蛋白质结构 afm-概述说明以及解释
蛋白质结构afm-概述说明以及解释1.引言1.1 概述蛋白质是生物体内最重要的分子之一，扮演着各种生命活动的关键角色。
其结构决定了其功能，因此对蛋白质结构的研究是生物学和医学领域的重要课题之一。
原子力显微镜（AFM）作为一种高分辨率的成像技术，可以帮助科研人员更好地观察和理解蛋白质的结构。
本文将探讨蛋白质结构及其重要性，并介绍AFM技术在蛋白质研究中的应用，旨在增进对生命分子结构和功能之间关系的理解。
1.2 文章结构本文将首先介绍蛋白质结构的重要性，探讨蛋白质在生物学中的核心作用和功能。
接着，我们将详细介绍原子力显微镜（AFM）技术的原理和应用，以及它在研究蛋白质结构中的优势和发展前景。
最后，我们将总结蛋白质结构研究的意义和AFM在这一领域中的潜在作用，展望未来的研究方向，探讨如何进一步推动蛋白质结构研究的发展。
通过本文的阐述，读者将对蛋白质结构研究和AFM技术有更深入的了解，为相关领域研究提供有益的参考和启示。
1.3 目的本文的主要目的是探讨蛋白质结构在生物学研究中的重要性以及原子力显微镜（AFM）技术在蛋白质结构研究中的应用。
通过对蛋白质结构的重要性进行深入分析，并介绍AFM技术的原理和特点，可以更好地了解蛋白质在生物学中的功能与作用。
同时，探讨AFM在蛋白质研究中的潜在作用，为未来的研究提供一些思路和展望。
通过本文的讨论，希望读者能够更全面地了解蛋白质结构研究的重要性以及AFM技术在这一领域的应用前景，推动相关研究领域的发展与进步。
2.正文2.1 蛋白质结构的重要性蛋白质是构成生物体细胞的主要成分之一，它在细胞代谢、信号传导、免疫反应等方面起着至关重要的作用。
因此，对蛋白质结构的研究具有重要意义。
首先，了解蛋白质的结构有助于揭示其功能。
蛋白质的结构与其功能密切相关，当我们了解蛋白质的结构后，就能更好地理解其在生物体内扮演的角色，进而为疾病的治疗和新药的研发提供重要依据。
其次，研究蛋白质结构有助于深入了解生物体内的生物过程。
AFM简介解读
微纳尺寸的测试表征技术之—AFM简介：AFM全称Atomic Force Microscope，即原子力显微镜，Binnig, Quate and Gerber于1986年发明。
它是继扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope）之后发明的一种高分辨的新型仪器，可以在大气和液体环境下对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；其相对于STM最大的优势是可以测不导电的样品。
现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医药研究和科研院所各种纳米相关学科的研究实验等领域中，成为纳米科学研究的基本工具。
原理：AFM是用一种特殊的探针去探测针尖和样品之间的相互作用力，这种作用力即是Van der Waals力（分子间相互作用力）。
当AFM针尖靠近样品表面的时候，针尖和样品表面原子之间的原子力如下图所示：表面施加给针尖的相互作用力会导致悬臂的弯曲悬臂这样微小的变化可以通过光学技术记录下来，这样就可以产生AFM 的形貌图AFM 的分辨率对于AFM ，悬臂变化对针尖和样品之间距离的依赖性比较弱（如下图所示）Z = - F / k这样会导致针尖上的几个原子同时和样品上的几个原子起作用。
因此，AFM 并不能得到原子级的分辨率。
AFM设备扫描探头，回路系统，振动隔离系统，探针，悬臂变化探测系统等AFM探针----悬臂和针尖在AFM中，探针是平行于样品表面放置的，探针由弹性的悬臂，悬臂末端的针尖和一个底座构成。
当针尖和样品之间的相互作用力发生的时候，弯曲就会在悬臂上产生。
AFM悬臂悬臂可以理解成一个具有弹性系数k的弹簧，当力（F）作用在探针上的时候，悬臂上就会发生一个小的偏移（∆z），并遵守胡克定律。
∆Z = - F / kV型的悬臂是最常用的，它对垂直的变化具有较小的力学阻力，但对于横向的变化又有较大的力学阻力。
另一种比较常用的悬臂是直角的。
悬臂一般长100到200μm，宽10到40μm，厚0.3到2μm。
浅谈原子力显微镜( AFM) 应用于纳米科学中的进展
浅谈原子力显微镜( AFM) 应用于纳米科学中的进展扫描探针显微镜( Scanning Probe Microscopy,SPM) 以其较强的原子和纳米尺度上的分析加工能力,在纳米科学技术的发展中占据极其重要的位置。
扫描探针显微镜是在扫描隧道显微镜( STM) 基础上发展起来的。
1982 年,德国物理学家GBinnig 和H Rohrer发明了具有原子级分辨率的扫描隧道显微镜( Scanning Tunneling Microscope,STM) ,它使人类第一次能够直观地看到物质表面上的单个原子及其排列状态,并深入研究其相关的物理化学性能。
因此,它对物理学、化学、材料科学、生命科学以及微电子技术等研究领域有着十分重大的意义和深远的影响。
STM 的发明被公认为20 世纪80 年代世界十大科技成果之一。
Binnig 和Rohrer 因此获得了1986 年诺贝尔物理学奖。
原子力显微镜是SPM 家族中最重要的成员之一。
1986 年Binnig 等人[4]为了弥补STM 不能对绝缘样品进行检测和操纵而发明了原子力显微镜( Atomic Force Microscopy,AFM) ,AFM 由于不需要在探针与样品间形成导电回路,突破了样品导电性的限制,因此使其在科研应用领域更加广阔。
1 AFM 的工作原理AFM 的工作原理分为探测系统和反馈系统两大部分。
探测系统包括探针用以感受样品的表面信息、激光系统用以收集探针上的信号,反馈系统的功能是控制探针的相对高度,以保证探针能够保持一定高度从而顺利探测到样品信息。
AFM 在扫描图像时,针尖与样品表面轻轻接触,而针尖尖端原子与样品表面原子间存在微弱的相互作用力,会使悬臂产生微小变化。
这种微小变化被检测出并用作反馈来保持力的恒定,就可以获得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而获得样品表面形貌的图像。
AFM 的工作模式是以针尖与样品之间作用力的形式来区分主要有接触模式、非接触模式、轻敲模式三种工作模式。
AFM综述——精选推荐
AFM综述原⼦⼒显微镜及其在⽣物单分⼦研究中的应⽤刘冰 W22046中国⼈民解放军防化研究院摘要原⼦⼒显微镜（AFM）是观察样品表⾯结构的⼀种新⼯具，它具有⽐传统扫描电⼦显微镜更⾼的分辨率，并且可以在⽣理条件下进⾏实时观察。
在⽣物单分⼦的研究中，原⼦⼒显微技术已⼴泛⽤于观察⽣物⼤分⼦的超微结构、⽣理⽣化过程以及⽣物分⼦之间分⼦内作⽤⼒的测量。
本⽂就相关⽂献进⾏综述。
关键词原⼦⼒显微镜（AFM）单分⼦⼒谱在⽣物单分⼦研究中，⼈们希望实时地看到具体的真实的变化过程，⽽不仅仅是根据前后的现象和关系来推理，即要得到真实的单个分⼦在⼀定时间内的动态⾏为以及分⼦间和分⼦内相互作⽤⼒的变化情况。
⽽这种动态变化正是⼈们研究⽣物⼤分⼦结构与功能关系最重要得基础。
这就需要更⾼分辨率的显微镜。
适应这种需要，许多⽤于表⾯结构分析的现代仪器相继问世，如透射电⼦显微镜（TEM）、扫描电⼦显微镜（SEM）、场离⼦显微镜（FIM）、俄歇电⼦能谱仪（AES）、光电⼦能谱（ESCA）等，但是⼤多数技术都⽆法真正地直接观测⽣物分⼦地微观世界。
原⼦⼒显微镜及基于原⼦⼒显微技术的单分⼦⼒谱的出现为这⼀问题的初步解决奠定了基础。
随着原⼦⼒显微技术的不断提⾼，最近短短的⼏年⾥，AFM⼏乎被应⽤到⽣命科学中的每⼀个领域，并取得了许多其它⽅法未能得到的令⼈⿎舞的成果。
1 原⼦⼒显微镜的⼯作原理及特点简单地说，原⼦⼒显微镜在扫描隧道显微镜（STM）的基础上发展起来的。
1982年，第⼀台STM问世。
其⼯作原理是：当探针与样品表⾯间距离⼩到纳⽶级时，探针与样品间会产⽣隧道电流。
STM就是通过检测隧道电流来反映样品表⾯形貌和结构的。
STM要求样品表⾯能够导电，从⽽使得STM只能直接观察导体和半导体的表⾯结构；对⾮导电的物质则要求覆盖⼀层导电薄膜，但导电薄膜的粒度和均匀性均难以保证，且导电薄膜掩盖了物质表⾯的细节。
为了克服STM的不⾜，在1986年由BiningQuate和Gerber推出了原⼦⼒显微镜（AFM）。
afm原理
afm原理
AFM(Atomic Force Microscopy，原子力显微镜)是一种高分辨
率的成像技术，可以在纳米尺度下观察样品表面的形貌、力学性质和表面电荷分布。
其基本工作原理是通过纳米尺度的探针与样品表面之间相互作用，获得样品表面的形貌信息。
在AFM中，探针通常由一根弹性的探针尖端构成，使用弹性
振幅调制技术进行操作。
探针与样品表面之间的相互作用力可以通过探针的振幅变化来测量。
当探针与样品表面相互作用时，在探针尖端位置上会产生微小的变形，该变形可通过激光或电信号检测到。
AFM的工作原理基于弹性力与探测力之间的相互作用。
探测
力可以通过探针的振幅变化来测量，从而获得样品表面的拓扑信息。
当探针尖端与样品表面的相互作用力增加时，探针的振幅呈现减小的趋势。
相反，当相互作用力减弱时，探针的振幅呈现增加的趋势。
通过测量这些振幅变化，可以生成样品表面的拓扑图像。
除了形貌信息，AFM还可以测量样品表面力学性质。
通过测
量探针在样品表面的弹性变形，可以推断样品的硬度、弹性模量等力学性质。
此外，AFM还可用于测量样品表面的电荷分布，通过将探针
调制成了一种电容器，利用样品表面和探针之间的物理电容效应来测量样品表面的电荷状态。
通过这种方式，可以获得样品表面的电荷分布图像。
总的来说，AFM利用探针与样品表面之间的相互作用来获取样品表面的形貌、力学性质和电荷分布等信息。
这种显微技术广泛应用于物理学、化学、材料科学等各个领域的研究中，为研究微观结构和性质提供了一种强大的工具。
afm的原理
afm的原理AFM的原理。
原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种利用原子尖端探测样品表面形貌和性质的高分辨率显微镜。
它是20世纪80年代发展起来的一种新型显微镜，具有高分辨率、三维成像和能够在液体环境下工作等特点，被广泛应用于纳米科学和纳米技术领域。
AFM的工作原理是基于原子尖端与样品表面之间的相互作用力。
在AFM中，原子尖端通过弹簧片与悬臂相连接，悬臂另一端与激光光束相连接，激光光束会被反射到光敏探测器上。
当原子尖端接近样品表面时，原子尖端与样品表面之间的相互作用力会导致悬臂的振动发生变化，进而引起激光光束的偏转，最终被光敏探测器检测到。
通过对悬臂振动的变化进行测量和分析，可以得到样品表面的形貌和性质信息。
AFM可以实现对样品表面的原子级分辨率成像。
由于原子尖端与样品表面之间的相互作用力非常小，因此可以在不破坏样品表面的情况下进行高分辨率成像。
此外，AFM还可以在不同环境条件下进行工作，包括空气、液体甚至真空环境，使其在生物学、材料科学等领域中得到广泛应用。
除了成像外，AFM还可以用于测量样品表面的力学性质。
通过对悬臂振动的变化进行分析，可以得到样品表面的硬度、弹性模量等力学性质信息。
这使得AFM不仅可以对样品表面的形貌进行成像，还可以对其力学性质进行表征，为纳米材料的研究和应用提供了重要的手段。
总的来说，AFM作为一种高分辨率、多功能的显微镜，具有独特的优势和广泛的应用前景。
它的工作原理基于原子尖端与样品表面之间的相互作用力，通过对悬臂振动的变化进行测量和分析，可以实现对样品表面的高分辨率成像和力学性质表征。
这使得AFM成为纳米科学和纳米技术领域中不可或缺的工具，为人们深入研究纳米世界提供了重要的手段。
AFM的发展现状及未来趋势分析
AFM的发展现状及未来趋势分析随着科技的进步和应用的广泛，原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）成为了现代科学技术领域中一种重要的表征分析工具。
本文将对AFM的发展现状进行分析，并展望其未来的发展趋势。
AFM作为常用的表面形貌分析工具，以其高分辨率、三维成像等优势而备受科学家和工程师的青睐。
AFM的发展可以追溯到1980年代初，随着技术的成熟化，AFM逐渐成为研究物质表面形貌和结构的重要工具。
与传统的光学显微镜不同，AFM通过探针和样品之间的相互作用力来获取高分辨率的表面拓扑图像。
其分辨率可达纳米级，使其能够观察到物质的微观结构和表面形态，包括原子、分子以及生物大分子的结构。
在过去的几十年里，AFM得到了持续的改进和发展。
一方面，随着纳米技术的快速发展，AFM的分辨率得到了显著提高。
近年来，人们通过利用新材料和新技术，如石墨烯、石墨烯氧化物、纳米针尖等，不断扩展和提高AFM的功能。
例如，引入谐振式技术可以提高AFM的灵敏度和分辨率，使其在生物体和有机材料表面的研究中得到更广泛的应用。
另一方面，随着计算机技术的进步，AFM的自动化程度也得到了显著提高，大大提高了实验的效率和准确性。
未来，AFM的发展趋势将呈现以下几个方面的发展。
首先，AFM的分辨率将进一步提高。
目前已经有研究者使用AFM实现了原子分辨的成像。
但是，由于仪器的限制以及样品表面的不均匀性等因素，实现原子分辨的成像仍然具有一定的挑战性。
因此，未来的发展方向将聚焦于提高AFM的分辨率和准确性，以满足更广泛的科学研究需求。
其次，AFM将更加广泛地应用于生命科学领域。
生命科学涉及到许多微观结构和活动的研究，如细胞膜、蛋白质、DNA分子等。
AFM的高分辨率和三维成像能力使其成为了研究生命科学中微观结构和活动的重要工具。
未来，AFM将在生命科学领域发挥更大的作用，并推动生命科学研究的深入发展。
此外，AFM在纳米材料和纳米器件的研究中也将发挥重要作用。
advanced function materials缩写
advanced function materials缩写
AdvancedFunctionMaterials缩写为AFM，是近年来新兴的材料科学领域。
AFM的研究是基于传统材料科学的研究，但是其重点在于探究新型材料的功能性质和特殊性能，如光学、磁性、电学等。
AFM 的研究旨在开发新颖的材料，以满足现代科学和技术的需求。
AFM的研究领域非常广泛，包括电池、催化剂、光电器件、传感器、涂料和涂层等领域。
AFM的研究可以有效地改善材料的性能，提高材料的质量和效率，从而对环境、能源和可持续发展等方面产生积极的影响。
目前，AFM的研究已经成为了材料科学的热点领域之一。
许多研究机构和科学家已经开始投资和开展AFM的研究，以期能够开发出更先进、更高效、更环保的材料。
随着人们对材料功能需求的不断增加，AFM的研究也将变得越来越重要。
未来，AFM的研究将在诸多领域得到广泛应用，为人类的科技发展和生产生活带来更多的便利和贡献。
总之，AFM的研究是材料科学领域的一个重要方向，它对于开发高质量、高效率、环保的新型材料具有非常重要的作用。
未来，AFM 的研究将继续推进材料科学的发展，为人类的生产生活带来更大的贡献。
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轴向磁通电机控制方法综述
轴向磁通电机控制方法综述轴向磁通电机（Axial Flux Motor，AFM）是一种由两个或多个平行放置的磁铁圆盘，分别与转子和定子相连的电机。
这种电机结构紧凑，功率密度高，效率高，因此被广泛应用于电动车辆、智能家居等领域。
本文将围绕轴向磁通电机控制方法进行综述。
一、传统控制方法传统控制方法主要包括直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）和矢量控制（Vector Control，VC）等。
DTC是一种基于空间矢量调制的控制方法，通过对转子电流进行反馈控制，实现转矩和转速的控制。
VC则是一种将电机分解为两个正交轴向的控制方法，它可以根据控制策略实现不同的控制目标，如保持转速、保持磁场等。
这两种方法都能实现较好的电机控制效果，但它们也存在着一些缺点，如计算复杂、控制器参数难以确定等。
二、模型预测控制方法模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）是一种基于数学模型的控制方法，它可以预测未来的控制状态和输出，并根据最优控制算法进行优化。
在轴向磁通电机控制中，MPC主要应用于控制转矩和转速，通过对电机的动态响应进行优化控制，实现更好的控制效果。
MPC有较好的稳态和动态控制性能，但也存在计算复杂度高、响应速度慢等缺点。
三、直接转矩控制算法改进针对传统DTC算法存在的缺点，研究者们提出了各种改进算法。
例如，基于频域控制的容错DTC算法，它通过对电机的频谱分析，实现了电机运行时转矩控制的自适应调节。
又如，基于模糊逻辑的DTC算法，它将模糊逻辑和模型预测控制相结合，实现了更好的电机控制效果。
这些改进算法的出现，使得传统DTC算法在控制效果和计算复杂度方面得到了更好的平衡。
四、基于强化学习的控制方法近年来，由于深度学习技术的飞速发展，轴向磁通电机的控制方法也得到了改进。
例如，基于深度强化学习的电机转速控制算法，它可以根据电机输出状态选择最优的控制动作，提高了电机的控制效率。
afm工作原理
afm工作原理
AFM（Atomic Force Microscopy）是一种扫描探针显微技术，用于研究材料表面的形貌和力学性质。
它的工作原理基于测量微小力量对探针的作用，从而提供高分辨率的表面拓扑图像。
AFM利用微型探针（尖端具有纳米或亚纳米尺寸）来探测材料表面的特征。
探针通过压电驱动器和弹簧控制的力传感器相连。
整个系统由精确的位移控制器、激光扫描干涉仪和探针驱动器组成。
在运行AFM时，探针在被测样品的表面上移动，并受到样品表面结构造成的相互作用力的影响。
这种相互作用力可以是范德华力、电磁力、化学键力等。
探针的垂直位移受到力的变化而发生变化。
激光扫描干涉仪用于检测探针的垂直位移。
当探针受到样品表面力的影响时，其垂直位移发生改变，激光扫描干涉仪会测量到干涉信号的强度变化。
位移控制器根据这些信号调整探针的高度，以保持探针与样品表面的恒定力。
位移控制器的操作使探针在样品表面上移动，形成一个扫描图像。
通过测量激光的干涉信号和控制探针的高度，可以获取到样品表面的拓扑信息。
AFM具有非常高的分辨率，可以达到亚纳米级别的表面形貌分辨率。
除了表面拓扑图像，AFM还可以用于测量样品的力学性质。
通过探针对样品施加力，并测量探针位移和样品响应力之间的
关系，可以得到样品的力学特性，例如弹性模量、硬度等。
AFM的工作原理简单而灵活，使其成为研究纳米级材料性质和表面纳米结构的重要工具。
它在生物学、材料科学和纳米技术等领域的应用非常广泛。
advanced functional materials介绍
advanced functional materials介绍
Advanced Functional Materials（AFM）是一本国际期刊，由Wiley-VCH出版，并且主要关注于功能材料的研究和应用。
该期刊发表高质量的原创研究论文、综述和快讯，涵盖了各种功能材料的合成、表征、性能和应用。
AFM的研究领域广泛，包括但不限于功能陶瓷、磁性材料、光电材料、生物材料、纳米材料、能源材料、超导材料、透明导电材料等。
这些功能材料在高科技、能源、医疗、环境等领域具有重要的应用价值。
AFM的目标是推动功能材料的研究和发展，促进各学科间的跨界合作和知识交流。
该期刊的优势在于其高质量的同行评审制度，确保所发表的研究具有科学性和创新性。
此外，AFM 还提供快速出版的机会，以及为作者提供广泛的宣传和传播平台，以促进其研究成果的影响力和可见度。
总之，Advanced Functional Materials是一本专注于功能材料研究和应用的国际期刊，旨在推动这一领域的发展，并为研究人员提供一个交流和展示研究成果的重要平台。
AFM简介
的用车过程中，大多数情况发动机的功率使用均低于 25%，比如车辆在高速公路开行时， 仅需要 40 马力（30 千瓦）的功率输出便可以满足车辆前进动力需求，以及必要的附件运转， 比如空调开启。 当汽油发动机运转在低负载条件下，发动机的有效压缩比远小于标定的 压缩比值，节气门处于不完全打开状态，发动机在每一个进气冲程中的进气量也远小于满负 荷的最大进气量，因此，燃烧室里面混合气体燃烧产生的压力和温度也远小于满负荷状态， 根据热力学定律，发动机的热效率转换也远小于其可达的最大热效率值，即是发动机燃烧热 能转化为运转机械能的效率不高。 因此，在大部分的日常车辆使用过程中，高功率，大 排量的发动机配备实际上并没有被发挥到极致，反而在一定程度上造成了浪费，并增加了额 外的燃油消耗。 主动燃油管理（active fuel management）技术就是针对这种情况而产生的， 它可以根据发动机的运转工况要求，智能的控制发动机运转，在低负荷时，关闭部分气缸， 以减少燃油消耗，提高热转化效率，在高负荷时，开启全部气缸，又能使功率输出满足驾乘 需求。 编辑本段 工作原理
主动燃油管理（active fuel management）技术是通过电磁阀来控制液压气门挺杆的油路供给， 通过调整选定气缸气门挺杆的机油压力，使得部分气缸气门保持关闭，这些气缸将会停止进 气或排气，被选定的气缸将不参与发动机功率输出，从而达到提高燃油经济性的目的。 为 了达到关闭气缸的效果，当发动机燃烧作功冲程完成后，排气门将被电磁阀控制而保持关闭， 当发动机排气冲程时，废气将在气缸内保留并被压缩，当发动机进入进气冲程时，进气门也 被电磁阀控制而保持关闭，使得气缸不能进气，这样保留在气缸之中的废气将会在发动机各 冲程中不断被压缩和膨胀，类同于气弹簧。根据发动机气缸分布，那么一次会有多个气缸被 同时关闭（例如 V8 发动机 1，4，6 和 7 缸），当其中两缸废气处于被压缩状态时，另外两 缸废气将会处于被膨胀状态，这样的平衡使得这些气缸的关闭并不会对发动机造成额外的负 担，不会影响发动机的正常运转。当发动机工况改变，需要更大的功率输出时，那么被关闭 气缸的排气门将会在排气冲程中打开，废气将会被排出，发动机进入全缸正常工作状态，为 车辆带来更大的动力。 编辑本段 技术意义
AFM简介
P gain & I gain
• P gain：比例补偿 按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节 立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快 调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降， 甚至造成系统的不稳定。
• I gain：积分补偿 使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调 节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常 值。加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。
0
-5
Force curve
-10
JKR modulus 2.15 MPa
-15
-20
-25
-30
-150
-100
-50
0
50
deformation [0 Experimental force curve
0
JKR modulus 2.42 GPa
DMT modulus 1.88 GPa
array (A = B)
I gain & P gain
• I gain 补偿一段时间里累积的误差 • P gain 补偿当前误差 • I gain 比 P gain 更敏感。P gain应小于I gain的1/2，一般为
1/2
Setpoint
• Tapping mode: amplitude setpoint setpoint数值越高，振幅越大，力越小
A flat portion of the sample surface is scanned beneath the tip left-to-right, maintaining the laser beam at the center of the photodiode array.
深度解析AFM（原子力显微镜）—上
深度解析AFM（原子力显微镜）—上显微镜的发展历史：1877光学显微镜1932透射电子显微镜1965扫描电子显微镜1983扫描隧道显微镜1985原子力显微镜1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家GerdB inni g和Heinr ich Rohrer发明了扫描隧道显微镜(STM)。
STM的原理是电子的“隧道效应”，所以只能测导体和部分半导体。
1985年，IBM公司的Binn i ng和Stanford大学的Quate研发出了原子力显微镜(AFM)，弥补了STM的不足，可以用来测量任何样品的表面。
AFM的原理AFM是在STM的基础上发展起来的一种显微技术。
首先，了解一下STM的工作原理。
STM是利用原子间的隧道效应进行测量的。
隧道效应经典物理学认为，物体越过势垒，有一阈值能量;粒子能量小于此能量则不能越过，大于此能量则可以越过。
例如骑自行车过小坡，先用力骑，如果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。
如果坡很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退回去。
量子力学则认为，即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道效应(quantum tunneling) 。
可见，宏观上的确定性在微观.上往往就具有不确定性。
虽然在通常的情况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为隧穿几率极小，但在某些特定的条件下宏观的隧道效应也会出现。
STM就是根据这种效应制成的。
当针尖和样品面间距足够小时(<0.4nm) ，在针尖和样品间施加一偏置电压，便会产生隧道效应，电子会穿过势垒，在针尖和样品间流动，形成隧道电流。
在相同的偏置电压下，电流强度对针尖和样品间的距离十分敏感，隧道电流随间距呈指数变化，样品表面的形貌影响着隧道电流的剧烈变化，这种电流变化有计算机进行处理就可以的到样品表面的形貌了。
STM的结构与工作过程AFM即原子力显微镜，它是继扫描隧道显微镜之后发明的一种具有原子级高分辨的新型仪器，可以在大气和液体环境下对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。
原子力显微镜综述
2、淀粉粒的AFM研究
淀粉是多糖家族中重要的一员，主要来源于谷类和薯 类植物，是由葡萄糖残基通过糖苷键连接起来的多羟基 化合物，有直链和支链 ( 枝权状 ) 两种分子，分别称为直 链淀粉和支链淀粉。 淀粉的初生态是颗粒状，大小与外形因来源不同而 有所区别。马铃薯淀粉颗粒为球形，外径在15-100μm范 围内，玉米淀粉颗粒为多边形，外径在5-25μm之间，而 稻米的更小为3-8μm。对淀粉结构的认识分为淀粉颗粒 的表面形态结构和内部结构，淀粉的分子链结构。
直链淀粉的AFM图像
AFM images of amylose that have been deposited onto mica (a) Overlapping amylose molecules, (b) Branched amylose molecule showing a single long branch, (c) Branched amylose molecule displaying short branches
AFM images of pectin polysaccharides deposited on to mica.
细茵多糖黄原胶
AFM images of xanthan polysaccharides deposited on to mica.
Gellan凝胶多糖
AFM images of gellan polysaccharides deposited on to mica.
加很大的作用力，探针就会使样品表面产生形变或破坏样
品表面，这时就可以得到样品力学信息对样品表面进行修 饰。 除范德华力外，在接触式AFM中还经常遇到两种力： 毛细作用力和探针悬臂弹簧弹力。
2）非接触成像模式
原子力显微镜技术的发展与应用
原子力显微镜技术的发展与应用原子力显微镜技术（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种能够对物质表面进行高分辨率成像的技术，其分辨率可以达到亚纳米级。
该技术在物质科学、生物学、生物医学、纳米科学等领域都有着广泛的应用。
本文将从AFM的原理和发展历程、AFM的应用领域及其前景和未来方向三个方面进行论述。
一、AFM的原理和发展历程AFM是一种利用探针（Probe）对物体表面进行扫描的技术，通常探针是通过悬臂梁（Cantilever）来实现的。
悬臂梁被固定在一个微动仪上，微动仪可以控制悬臂梁沿垂直方向的运动。
当悬臂梁和样品表面间距非常接近时，由于分子间力作用，悬臂梁会发生微小的振荡，称之为悬挂梁自由振动方式或简称为空气探针振动。
这种振动会导致悬臂梁上产生振动信号，进而得到样品表面高度信息，生成图像。
AFM技术最初由Caltech与IBM发明并得到发展，其应用到生物领域，主要是由于它的高分辨率成像和在液相中的工作方式。
1997年，AFM解析生物学分子结构（如蛋白质分子）的第一个成功例子。
自此之后，随着针尖的制造技术的不断改进，AFM技术已可以对DNA和RNA进行成像等操作，成为了生物医学、纳米科学相关研究中基础的仪器。
二、AFM的应用领域及其前景在物质科学领域，AFM可以用于表面形貌观察的测试，第一次能够直接观测到晶体表面上的原子级结构。
目前，AFM技术广泛应用于微电子工业、材料科学和表面物理学等领域。
另外，在生物领域，AFM可以用于制定小分子与生物界面之间相互作用的模型，以及研究细胞、分子结构和功能，特别是研究膜蛋白的分子构象、功能和亚细胞结构的变化等。
AFM技术可用于研究几乎所有的生命体系，例如，蛋白质、病毒、细胞和细胞组织等。
AFM不仅能够解决普通显微镜无法解决的问题，并且可以在自然环境（如生物体和细胞外液）下直接操作。
在纳米科学领域，AFM的分辨率级别与其他技术相比也是其一大优势。
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原子力显微镜及其在生物单分子研究中的应用刘冰 W22046中国人民解放军防化研究院摘要原子力显微镜（AFM）是观察样品表面结构的一种新工具，它具有比传统扫描电子显微镜更高的分辨率，并且可以在生理条件下进行实时观察。
在生物单分子的研究中，原子力显微技术已广泛用于观察生物大分子的超微结构、生理生化过程以及生物分子之间分子内作用力的测量。
本文就相关文献进行综述。
关键词原子力显微镜（AFM）单分子力谱在生物单分子研究中，人们希望实时地看到具体的真实的变化过程，而不仅仅是根据前后的现象和关系来推理，即要得到真实的单个分子在一定时间内的动态行为以及分子间和分子内相互作用力的变化情况。
而这种动态变化正是人们研究生物大分子结构与功能关系最重要得基础。
这就需要更高分辨率的显微镜。
适应这种需要，许多用于表面结构分析的现代仪器相继问世，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、场离子显微镜（FIM）、俄歇电子能谱仪（AES）、光电子能谱（ESCA）等，但是大多数技术都无法真正地直接观测生物分子地微观世界。
原子力显微镜及基于原子力显微技术的单分子力谱的出现为这一问题的初步解决奠定了基础。
随着原子力显微技术的不断提高，最近短短的几年里，AFM几乎被应用到生命科学中的每一个领域，并取得了许多其它方法未能得到的令人鼓舞的成果。
1 原子力显微镜的工作原理及特点简单地说，原子力显微镜在扫描隧道显微镜（STM）的基础上发展起来的。
1982年，第一台STM问世。
其工作原理是：当探针与样品表面间距离小到纳米级时，探针与样品间会产生隧道电流。
STM就是通过检测隧道电流来反映样品表面形貌和结构的。
STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构；对非导电的物质则要求覆盖一层导电薄膜，但导电薄膜的粒度和均匀性均难以保证，且导电薄膜掩盖了物质表面的细节。
为了克服STM的不足，在1986年由BiningQuate和Gerber推出了原子力显微镜（AFM）。
AFM是通过探针与被测样品之间的微弱的相互作用力（原子力）来获得物质表面形貌的信息。
因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要导电薄膜覆盖，其应用领域更为广阔。
它得到的是对应于样品表面总电子密度的形貌，可以补充STM对样品观测得到的信息，且分辨率亦可达到原子级水平，其横向分辨率可达2nm，纵向分辨率可达0.01nm。
综合起来讲，原子力显微镜的工作原理就是将探针装在一弹性微悬臂的一端，微悬臂的另一端固定，当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形，这样，微悬臂的轻微变形就可以作为探针和样品间排斥力的直接量度。
一束激光经微悬臂的背面反射到光电检测器，可以精确测量微悬臂的微小变形，这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构。
随着原子力显微技术的迅速发展它在生命科学领域的应用日趋广泛，主要涉及以下几方面：一是AFM能在真空气体液体等多种环境中使用，可以在生理条件下以分子亚分子分辨率得到生物分子及样品表面的三位图象；二是能对生物大分子的生理生化过程进行实时动态观察；三是能以皮克牛顿（pN）的精确度直接测量生物分子间及分子内的作用力。
2 在生物单分子研究中的应用2.1生物大分子的超微结构观察原子力显微镜是观察物质表面细微形貌和表面加工的强有力工具，它在生物形态学上的应用引起了人们的广泛关注。
目前已应用在DNA、蛋白质、磷脂生物膜、多糖等生物大分子以及有机化合物在空气或溶液中的形态观察研究中。
Yang等使用AFM观察到β淀粉样蛋白（Aβ）的构象变化，即从自由盘绕状态向β片层和独立晶核聚合状态转变的过程，这种纤维样的结构是阿尔茨海默病的典型特征。
作为化学伴侣（chemical chaperons）的有机渗透剂（osmolytes），如：三甲胺N-氧化物（trimethylamine N-oxide,TMAO）和甘油可以使部分变性的蛋白质优先水合，稳定构象和聚集状态。
在纤维形成的必经阶段，即Aβ自由盘绕向β片层构象变化过程中，TMAO和甘油迅速增加。
同时伴随着从无定形、无结构的形式向统一的球形，并有可能产生晶核结构的方向迅速转变。
Aβ水合作用中的渗透剂的增加也受到淀粉形成的最后阶段的影响和体内初原纤维向成熟纤维转变的调节。
这些发现提示水合力可以用来控制纤维组装，而且可以对细胞器如内质网中的Aβ的聚集和淀粉化途径的体内建模提供帮助。
用AFM对生物大分子成像的意义不仅在于能在分子水平上了解大分子的形态，更重要的是在成像的基础上，可以用AFM对大分子的其它性质进行研究，如抗原－抗体之间的相互作用、生物膜的亲疏水性等。
Rief 等用AFM研究了不同大小的力对单个葡聚糖分子的影响，其中可逆的构象变化已经得到分子动力学计算的证实。
Perisk等用AFM对视紫红质水溶液进行研究，发现使用不同的成像力，晶体表面的结构也不相同。
与电子显微镜相比，AFM样品容易制备，可以观察到完整的蛋白分子，并可进一步对其相关功能进行研究。
但是AFM成像时会对大分子施加力，因而可能会使样品由于受压或牵拉而产生变形。
电镜样品制备复杂，投射电子显微镜无法观察到完整的生物大分子，而扫描电子显微镜分辨率底，而且需要进行喷镀，以使样品具有导电性。
2.2生物大分子的生理生化过程的观察能够在生理条件下对生物标本的结构改变进行观察，是原子显微技术的特征之一。
迄今为止，AFM以广泛用于生理生化反应中蛋白质、核酸等生物大分子的形态或功能的动态研究。
在此基础上还可进行分子水平的热力学和动力学的研究。
You等用AFM实时观察了sapocin C(Sap C)和平坦的磷脂膜之间相互作用的动力学过程，添加Sap C 会引起磷脂膜的重构，磷脂膜重构引起的表面特性的变化主要是出现了板块样的新特征：首先在边缘出现，然后随着时间横向扩展，表明这是膜重构期间脂质蛋白质结构已经形成的新阶段。
这对于了解Sap C和磷脂膜之间的相互作用十分重要。
配备了环境气愤箱的AFM可以在样品箱内进行气氛控制、样品调整及样品观察。
这样可以对生物大分子在各种不同的气氛下的形态结构等进行研究。
在这个领域里研究较多的主要有：蛋白的聚合、纤维组装的过程、胶原的超微结构和组装、蛋白质三维晶体增长的研究、生物膜的结构和生物物理特性的变化、DNA的装配过程以及生物大分子之间的交互作用等。
2.3生物分子间和分子内作用力的测量能在分子水平对生物分子表面的各种相互作用进行测量，是原子力显微镜的一个十分重要的功能，这对于了解生物分子的结构和物理特性是很有用的。
2.3.1分子间作用力的直接测量比较典型的研究集中在以下两个方面：（1）大分子与小分子间的相互作用力（如小分子抗原与相应抗体）单个分子水平的分子间相互作用的强度的研究是传统的热力学及统计方法无法实现的，直至纳米皮牛顿尺度检测仪器的出现使得这一梦想得以实现。
早在1994年Gaub等人利用基于原子力显微技术的单分子力谱方法研究了生物素配体分子和抗生物素蛋白受体分子间的特异性相互作用。
他们在实验过程中，将一层生物素分子固定于氮化硅针尖上，抗生物素蛋白分子通过特异性识别作用结合在生物素分子上。
用表面修饰有生物素配体分子的琼脂糖颗粒与结合了抗生物素蛋白分子的针尖接触，当针尖进一步逼近琼脂糖颗粒时，抗生物素蛋白分子的另两个结合位点与生物素分子发生配体－受体识别并特异性作用而结合；当针尖远离琼脂糖颗粒时，这种粘滞力使悬臂发生偏转，随着悬臂弯曲度增大，针尖与颗粒间相互作用受到不断拉伸，直至这种作用断裂。
为了能够测量出单个生物素－抗生物素蛋白分子对的配体－受体相互作用力的大小，他们把大部分琼脂糖颗粒上的生物素分子用抗生物素蛋白分子结合上，在进行扫描实验，这样在每次扫描过程中抗体－抗原的作用对数究有效地减少了。
在这种条件下，他们得到多个可以区分的力扫描信号。
将所有实验得到地多个力值进行统计分析，他们得到了生物素－抗生物素蛋白的单个受体－配体对的相互作用力为（160±20）pN 。
采用类似的方法，他们还测得脱硫生物素－抗生物素蛋白的相互作用力为（125±20）pN，以及亚氨基生物素－抗生物素蛋白的作用力为（85±15）pN。
（2）生物大分子之间的作用力主要集中在对蛋白与蛋白之间的相互作用力及互补核酸链之间的相互作用力的研究上。
利用同样的原理AFM可以直接测量蛋白性抗原与其相应抗体之间的结合力。
Allen等曾测得铁蛋白与抗铁蛋白抗体间的结合力约是50 pN。
Hinterdorfer等测量了人血清蛋白与抗人血清蛋白之间的结合力，结果约是250 pN。
Schwesinger等用AFM测量了荧光素－抗荧光素抗体之间的去结合力。
此外，用竞争性解离分析得到溶液中抗原－抗体复合物的解离速度。
结果分析表明，解离速度的负对数与去结合力成正比。
因此，AFM能在单分子水平上得到配体－受体复合物的相对解离速度。
又由于解离速度是决定亲和力大小的主要因素，所以，AFM还能用来分析单个分子间的亲和力大小。
互补核酸链之间的相互作用的研究一直是一个研究的热点，他有利于深化人们对生命基本过程的认识。
在此，我们将该相互作用看作是分子间相互作用。
在两条互补核酸链的两个5´端分别施加一个外力F从而导致以双股螺旋结构存在的DNA分离成两个单链，这种现象称为外力诱导的DNA 熔融。
相应的力F就称为熔融力。
该熔融力的大小反应了螺旋机构的稳定性。
核酸地双链结构在外力作用下所发生的另外一种变化模式是外力诱导的解拉链作用（unzipping）。
当在两条互补核酸链的3´和5´端分别施加外力的时候，我们就可以得到这种解拉链作用力的大小。
通过将DNA的两条互补链分别固定到AFM的针尖和基片上，人们可以直接测量互补链之间的熔融力和解拉链作用力。
基于AFM的单分子力谱方法研究互补DNA链熔融力大小的实验过程示意图和典型力曲线2.3.2分子内作用力蛋白质的折叠结构和锯齿状力曲线研究是AFM在此领域的重要应用。
蛋白质的折叠结构以为人们所熟知，人们利用其它光谱方法已经对其结构进行过研究，而对于这种折叠结构的稳定性以及折叠结构形成的推动力的直接研究仍然很少见。
蛋白质的折叠结构。
尤其是分子内折叠结构，对于其生理功能的实现具有重要作用。
许多机械蛋白都具有一个统性，即他们的链内包含有靠分子内相互作用形成的多个独立的结构域。
由于蛋白质的折叠的能量形貌是未知的，所以蛋白质的力学性质或折叠机理无法从热力学或结构分析得到。
通过将蛋白质的两端分别连接于原子力显微镜针尖和基底之间，人们可以直接“感受”到这种结构域的力学稳定性。
Rief等人最早利用基于AFM的单分子力谱方法研究了单个肌联蛋白质分子所形成的结构域在外力作用下的展开过程，他们得到了锯齿形的力学响应信号。