纳米机械探测

自原子力显微镜发明以来，原子力显微镜通过在纳米尺度上提供精确、可靠、无损的成像，在材料科学和元件工程中产生了革命性的影响。原子力显微镜被广泛用于纳米技术应用当中，像生物医学可植入驱动器、电池超薄阴极材料、光电探测器和存储器和逻辑电路开关。随着元件尺寸的不断缩小，材料的局部特性测量方式方法在提供精确的纳米尺度测量方面已经变得更加有效。局部的机械性能如粘附性和弹性模量是决定这些元件的可靠性和所含性能的关键参数。现有的原子力显微镜是基于纳米机械方法被引入测量机械性能，例如包括力体积谱和纳米压痕。 然而，其中一些技术相当耗时间，有些则具有破坏性，不能满足某些特定应用的高产量监测。 图1展示了Park Systems开发的原子力显微镜PinPoint纳米机械模式。Park Systems专利的PINPOINT技术比传统的力体积谱技术至少快两个数量级，这可以使用户在短时间内能够同时获取材料的定量力学特性和高分辨率形貌图。在操作过程中，探针针尖以接近-缩回的方式移动，确保两者间不会形成摩擦，消除了探针和样品间的持续接触所产生的侧向力，保持了针尖和样品间的良好状态，进而理想的测量软性或硬性样品，如硬盘和生物样品。在图像中的每一点获取力-距离曲线，用于计算被测样品的机械特性。在数据收集期间，XY 扫描器停止，并控制接触时间以给扫描器足够时间去获取精确和准确的数据。在本实验中，成功地定量了具有不同模量范围的4种不同材料。各试验所得结果均接近所测材料的标称值，证明了PinPoint模式在力学特性的定量方面所具备的优越性。此外，它又同时获得了高分辨率图像，显示了样品的表面特征。

布鲁克纳米红外光谱仪（nanoIR）采用光热诱导共振技术(AFM-IR)实现微小区域红外信号的采集。红外激光照射到样品上，样品吸收辐射光产生热膨胀，这种热膨胀引发探针的震荡，通过监控探针的震荡强度获得红外吸收强度。AFM-IR利用原子力探针作为样品红外吸收的传感器，实现了超高灵敏度的光谱和红外成像探测，化学成像分辨能力可以达到10nm。近期，澳大利亚悉尼大学悉尼药学院团队将纳米红外光谱方法引入到单个EV结构的检测中，展示了其在同一EVs和不同EVs群体之间揭示个体EVs异质性的能力。

在科研领域，行星式球磨仪有着非常广泛的应用，它可以对软性、硬性、脆性及纤维性样品进行研磨（干磨或湿磨）及混合处理，在很多实验室，行星式球磨仪通常也被用来研磨土壤、矿石、陶瓷、煤炭、水泥熔渣、肥料、木炭等样品，但基于其特殊的工作原理，行星式球磨仪可发挥的作用远不止磨碎这么简单，今天我们一起探讨下行星式球磨仪在机械合金化领域、纳米材料领域的应用。

1.三维∞ 形运动高能效球磨；研磨能量输入是行星式二位运动的6-8倍，热生成比低，降低热效应。可快速将硬性和脆性样品研磨至粉末。2.唯一可实现机械合金化和纳米研磨的球磨机；超强研磨能力，机械工作耐久性达10000min，保证了机械合金化的有效性。

本研究概述了定量和表征纳米元素氧化物纳米颗粒（氧单颗粒ICP-MS测定化学-机械整平中使用的元素氧化物纳米颗粒悬浮物的特性ICP - Mass Spectrometry应用文章化铝和氧化铈），这些常用于纳米电子学和半导体制造行业中化学-机械 (CMP)半导体表面的平整。CMP是一个结合了化学和机械外力平滑平面的过程，此步骤为光刻作准备。

众所周知机械研磨的方法是制备纳米晶体粉末合金的通用方法。材料的机械特性通过高频声波显微镜研究。对于合金来说，事实证明经典的声波公式可用于计算铁-铜纳米晶体的弹性恒量。

该实验演示了一种新的探针逼近方式——力挠曲谱线方式测量纳米线及纳米管的杨氏模量的方法。原子力显微镜应用

涂层的机械稳定性对于医疗批准和临床应用至关重要。在这里，电泳沉积（EPD）是一种多用途的涂层技术，先前已显示其可显著降低脑刺激铂电极的术后阻抗。然而，前人很少系统地研究所得涂层的机械稳定性。在这项工作中，对Pt基底上由激光生成的铂纳米颗粒（PtNP）的脉冲直流电泳沉积，进行3D神经电极检测，并使用琼脂糖凝胶、胶带和基于超声的应力测试检查体外机械稳定性。EPD生成的涂层在琼脂糖凝胶测试以及体内刺激实验代表模拟大脑环境中高度的稳定。通过循环伏安法，对NP改性表面的电化学稳定性测试，多次扫描可以提高涂层稳定性，这可以通过高侵入性胶带应力测试后更高的信号稳定性来证明。通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析大鼠神经刺激后的脑切片。测量显示，与未涂覆的对照相比，涂覆电极刺激区域附近的Pt水平更高。尽管植入电极附近的局部浓度升高，但发现的总铂质量低于系统毒理学相关浓度。大鼠脑内4周DBS后Pt的生物分布：a）用无涂层和PDC涂层电极刺激的脑切片的光学显微镜和LA-ICP-MS叠加图像；和b）注射Pt-NPs的脑切片的光学显微镜和LA-ICP-MS叠加图像。比例尺为2mm。在叠加图片中，红色信号表示磷的强度，绿色信号表示铂的浓度。

近年来，纳米晶体材料作为氢储存材料的研究成为学者们关注的重点。尤其是达到纳米晶体结构的镁合金可使氢化作用显著增加。本研究通过采用室温，在高压氢气氛保护作用下，通过96小时的实验，使用行星式高能球磨机，用氢诱导机械合金的方法将镁（Mg）和镍（Ni）金属条合成了Mg2NiHx纳米晶体材料。其中，球料比（BCR）分别为30:1和66:1，使用X射线衍射（XRD）和扫描电镜的方法（TEM）的方法测量了样品的最终粒度，通过TGA测量吸附氢的量 (AHC) 。使用的等温热重分析法 (ITGA) 和压力合成等温线分析 (PCI) 计算了脱氢动力学参数和活化能。 X射线衍射（XRD）和扫描电镜的方法（TEM）的数据说明，当球料比（BCR）增加时，Mg2NiHx的峰值也会相应增宽，并且颗粒形成小于10 nm纳米晶体无定形相。等温热重分析法 (ITGA) 和压力合成等温线 (PCI) 分析显示纳米晶体的脱氢动力学参数显著增加。结果显示：球料比（BCR）主要影响纳米晶体相的粒度和片断，以及吸附氢的量 (AHC) 的脱氢动力学参数。 本实验采用了德国 Fritsch 公司的四罐行星式高能球磨机 ”Pulverisette 5” ，采用不锈钢的研磨装置，在2 Mpa 的氢气（纯度：99.9999%）环境中，采用球料比（BCR）为30：1和66：1两种比率，在200 rpm 的转速下研磨96h。 具体的研磨粉碎实验方法及相关实验数据，欢迎您来电话与北京飞驰科学仪器有限公司取得联系。

嵌段共聚物(BCP)纳米复合材料由于独特的纳米结构形态以及碳纳米管（CNTs）的定向掺入使得开发具有特殊热、机械和电学性能的功能材料成为可能。CNTs具有优良抗拉强度，优异导电性，高导热性，密度低等众多特点。通过将CNTs选择性地定向掺入到非混相共混物的合适相形态中，可以特异性地调整电学、热学和力学性能。碳纳米管的长径比较大阻碍了碳纳米管在纳米级BCP结构域中的定向掺入，碳纳米管的平均长度为1.5µm，明显超过了嵌段共聚物相的结构域尺寸。使用短CNTs比较容易将CNTs选择性掺入嵌段共聚物，但随着长径比的减小，电渗透阈值增加，即需要更多的填料含量来生产导电复合材料。对碳纳米管进行不同时长的球磨处理，并分别与BCP进行混合制备成复合分散体，利用LUMiSizer®分散体分析仪进行分散稳定性表征，研究不同研磨时间对稳定性的影响。

在众多类型的膜材料中，醋酸纤维素（Cellulose Acetate-CA）是最古老的材料之一，改性后的CA具有生物相容性好、脱盐性好、电位通量高、韧性好、成本相对较低等特点，使其仍然是一种非常有前景的材料。最近，混合基质膜材料（Mixed Matrix Membrane Materials-MMMS）受到高度重视，这主要归功于它们在增加机械稳定性、较低的塑化和抑制降解等方面的性能改进。纳米碳材料作为合适的填料在最终混合基质制备的膜上产生了新的先进性能。碳纳米管（CNTs），包括单壁和多壁SWCNTs和MWCNT碳纳米管、氧化石墨烯和石墨烯纳米板结构（GO，GNPS）目前处于膜技术用填料的第一线，可提高最终膜材料的各项物理化学性能。本论文使用高纯度碳纳米管、醋酸纤维素和二丙酮醇制备了混合基质膜，并研究了分散方法（主要是超声和转子-定子系统）对混合基质稳定性的影响，以及最终膜结构特性的影响。

拉曼光谱是探测单壁碳纳米管性质的重要手段。通过G模的峰型判定碳管的导电性（金属或半导体）和通过RBM模的拉曼频移计算碳管管径，是碳管拉曼光谱的两大主要应用。但是要通过分析拉曼光谱精确获得碳管的手性指数（n,m）仍然具有挑战，尤其是在仅有少波长激发的情况下。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，由于其具有优异的导电、导热、硬度等性能，成为现代的热门功能材料。碳纳米管（CNT）是一种新型的碳素材料，由呈六边形排列的碳原子构成数层至数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2-20nm。石墨烯和碳纳米管具有非常优良的物理化学性质，由于石墨烯和CNT间的协同效应，使得CNT/石墨烯复合材料的导电性，机械性等性能得到增强。近年来随着其制备方法日趋成熟，在制备光电器件，储能电池，电化学传感器等领域的应用也逐渐成熟和广泛。

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于它的尺寸很小，会产生很多特殊的效应，比如小尺寸效应、隧道效应以及大的比表面积效应等，因此使得纳米材料表现出不同的物理化学特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，因而现在纳米材料被广泛应用于医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等行业。但由于其颗粒非常小，因此颗粒大小的检测也就成为了挑战，国际上对于超细颗粒的粒度测试一般有三种方法，即电子显微镜、动态光散射以及激光衍射。

在正确的长度尺度上测试机械和摩擦学性能提供了更多相关的数据，例如优化涂层成分，以提高苛刻应用的性能，如切削工具或航空/汽车发动机的机械接触。虽然它们以简单而受欢迎，但许多宏观机械接触测试对薄CVD和PVD涂层的性能不太敏感，因为测试中的大探针半径和非常高的接触力会导致峰值应力深入基材。相反，纳米划伤测试使用更低的载荷和更小的探针半径，可能会使峰值应力太靠近表面，而涂层只有几微米厚。此外，高表面粗糙度会限制小半径划痕探头的使用寿命。

碳纳米管以其独特的结构和优异的性能，在纳米、生物、能源、催化、电子材料等领域有很大的应用潜力。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来；目前碳纳米管的合成和应用已经成为材料科学研究的前沿热点。然而，由于其分散性以及与基体材料的相容性问题制约着碳纳米管材料的发展；为解决这两个问题，很多科研工作者致力于碳纳米管表面改性的研究，以提升其分散性和相容性。XPS作为一种表面分析技术，由于其表面敏感性，这就使XPS成为碳纳米管研究过程中一种必不可少的研究手段。本文通过ESCALAB Xi+对改性前后的碳纳米管进行检测分析，探索不同改性工艺获得的改性碳纳米管的结构与组成信息，文章中将详细介绍如何利用XPS准确的获得材料表面组成和化学态信息。

随着空间遥感技术的不断发展, 对空间探测器的性能和光谱提出越来越高的要求. 红外探测器是红外探测系统的核心元件, 在航天和天文领域有广泛的应用, 随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高, 红外探测器必须在超低温下工作. 因此需要将红外探测器封装在杜瓦瓶中, 组装成杜瓦封装器件, 目前红外探测器在空间应用中多采用机械制冷方式, 将外部制冷机与杜瓦封装器件连接. 从而实现低温工作. 真空度的保持是杜瓦封装器件的重要指标. 真空度差或者真空度保持时间短将直接影响红外探测器组件的性能. 因此需要进行泄漏检测, 上海伯东德国 Pfeiffer 氦质谱检漏仪提供无损的检漏方法, 成功应用于红外探测器杜瓦封装器件检漏！

布鲁克TI系列纳米材料机械性能，压痕，划痕，摩擦磨损具有高精度，结合原位AFM功能，可获得精准数据，排除环境因素，底材因素。

利用化学偶联法将末端修饰氨基的寡聚核苷酸固定在表面修饰有羧基化碳纳米管(CNTs-COOH)的金电极表面,制备新型核酸探针, 可以特异性结合目标单链寡聚核苷酸. 以阿霉素作为嵌合指示剂, 利用示差脉冲法测定杂交的结果. 经过实验条件的优化, 测定DNA 浓度在1.0×10－6～1.0×10－9 mol/L 呈良好的线性关系. 检测限为: 2.54×10－10mol/L. 碳纳米管特有的纳米结构对检测结果的放大作用, 提高了该传感器的检测限和灵敏度

碳纳米管(CNTs)是具有圆柱形纳米结构碳的同素异形体。由CNTs构成的复合材料展示了有趣的和新颖的特性，这使得它们可以应用于多个领域，如材料科学、电子，光学或其他领域等。聚合物/多壁碳纳米管的复合材料可以使用SAXSess mc² 进行测量。 碳纳米管的内部结构可以通过碳纳米管横截面的电子密度分布计算得出。

自1991年碳纳米管被发现以来，就吸引了众多科学家和研究学者的注意。根据其手性参数的不同，碳纳米管既可呈金属又可呈半导体的性质。由于单壁和多壁碳纳米管独特的结构、力学性能和电学性能，使其在材料和器件方面有着广泛的应用。本论文主要对碳纳米管膜的电学性质、压阻效应和电化学性质进行了研究。本论文首先讨论了对碳纳米管的不同酸处理方法，并用透射电镜图和傅立叶红外谱表征了处理前后的碳纳米管，结果发现经过酸处理后的碳纳米管的端头被打开，并接上了羧基，成为羧基修饰的碳纳米管。文章对不同管径的碳纳米管膜电阻率随温度的变化进行了测定，发现所有这些碳纳米管膜电阻率均随温度的上升而呈下降趋势，即表现出非金属性。建立了碳纳米管膜的导电模型，其电阻率随温度的变化趋势与实验相符合。计算了碳纳米管膜的激活能，结果表明，碳纳米管膜的激活能随着管径的增加而减小。该研究对碳纳米管膜的应用有很好的指导意义。对碳纳米管膜的压阻效应进行了实验研究。研究表明，未处理的和经化学处理的碳纳米管膜相比，在相同的应变下，经化学处理的碳纳米管膜的电阻变化要大于未处理的碳纳米管膜的电阻变化；而对不同管径的多壁碳纳米管膜的研究发现，在相同的应变下，管径越小，电阻相对变化率就越显著。压阻因子K和应变的关系并没有显示出很好的规律性，在相同的温度下，未处理的碳纳米管膜的压阻因子在开始的时候随着应变的增加迅速增大，而后又逐渐减小。然而经化学处理后的碳纳米管膜的压阻因子随应变增加一直增大，两个样品的压阻因子随温度的升高也有很大的增加；在室温下对不同管径的多壁碳纳米管膜的压阻效应的研究发现，管径较小的碳纳米管膜与管径较大的相比具有更好的压阻效应，文中还对压阻效应的机制进行了详细的讨论。采用硝酸处理的方法实现了对氮掺杂碳纳米管的羟基修饰，使其具有化学活性，碳纳米管电化学性质主要决定于碳纳米管膜活化能和碳纳米管表面的官能团两个重要因素。碳纳米管的微孔道结构和端头的活性基团对多巴胺的氧化有很强的催化作用。正是由于这些催化作用，碳纳米管电极可用于在微量多巴胺与大量抗坏血酸共存下的检测等，并表现出很高的灵敏性和选择性。

特殊的涂层工艺，如 DLC(类金刚石碳膜）PVD (物理气相沉积) 或 CVD (化学气相沉积) 对测量技术提出了挑战。极薄的涂层对测量提出了更高的要求，使得传统的显微硬度计无法对如此薄的涂层/薄膜的机械性能做出正确的测量。菲希尔（FISCHER）采用仪器化压入测试方法的自动化纳米压痕仪，可以对该类涂层的性能做出快速、准确的测量，十分适用于研发、质量控制、来料检验和过程控制等领域。

当今，在电子电路行业中所用的涂镀层越来越薄，不仅是为了节约材料，也是为了顺应电子电路产品尺寸不断缩小的趋势。然而为了测量这类只有几百微米涂镀层（如镀金层）的机械性能，一种精确的测量技术——仪器化纳米压痕法，将被运用。

纤维素纳米纤维（CNF）通过机械处理木质纸浆（纤维直径20–30 μ m、纤维长度0.5–3 mm）获得。但是，木质纸浆中的CNF与CNF之间形成氢键，因此，在结晶最小尺寸（纤维直径3-4 nm）时，仅通过机械处理可能导致纳米化无法充分达到，或对CNF的损伤变大，需要更大能量进行纳米化，这些都是存在的问题。本文将向您介绍同时分析TEMPO氧化CNF的成分糖和利用TEMPO催化生成的葡萄糖醛酸的案例。

受自然界荷叶效应, 水黾腿等生物特性的启发, 超疏水纳米涂层近年来受到广泛关注和研究. 超疏水涂层凭借其特殊的浸润性和较低的表面能, 具有抗冰, 耐腐蚀, 防污损, 隐身, 油水分离等多功能综合性能, 这决定了超疏水纳米涂层无论在国防工业, 机械设备, 还是在日常轻工业以及百姓的生活等方面具有良好的应用潜力以及必要的研究空间. 飞机和航空航天器会经历恶劣的大气变化, 这种损坏对他们来说影响更大, 上海伯东 Europlasma 超疏水纳米涂层能保护航空航天机械免受结冰, 热变化, 小划痕和水损坏.

碳纳米管的长径比较大阻碍了碳纳米管在纳米级BCP结构域中的定向掺入，碳纳米管的平均长度为1.5µm，明显超过了嵌段共聚物相的结构域尺寸。使用短CNTs比较容易将CNTs选择性掺入嵌段共聚物，但随着长径比的减小，电渗透阈值增加，即需要更多的填料含量来生产导电复合材料。对碳纳米管进行不同时长的球磨处理，并分别与BCP进行混合制备成复合分散体，利用LUMiSizer®分散体分析仪进行分散稳定性表征，研究不同研磨时间对稳定性的影响。

由于ZnO具有宽的直接带隙(3,37 eV)、大的激子结合能(60 meV)以及优异的光学、压电和光电性能等特性，越来越多的应用领域认识到这种材料所带来的好处，特别是在涉及半导体、压电、光电和微纳米级高柔性机械性能的应用中，ZnO微/纳米线通常是许多领域的首选材料。

近年来，流感病毒（IFV， 结构示意图1）已被用作包膜病毒的原型来研究病毒进入宿主细胞的过程。IFV中血凝素（HA）是嵌入IFV包膜的主要表面糖蛋白。 HA负责IFV与宿主细胞受体的连接，并在病毒进入过程中参与介导膜融合。众多研究已经为靶标和病毒膜之间的融合机制建立了一个公认的模型。该模型认为只有在靶标和病毒膜发生膜融合时才可形成孔从而介导病毒-细胞膜渗透行为。然而，其他报道也观察到在融合发生之前靶标和病毒膜的破裂。此外，关于腺病毒蛋白与宿主细胞的研究显示，宿主细胞膜可能在没有膜融合的情况下被破坏而进入病毒。另一方面，病毒包膜和靶宿主细胞膜具有不同的化学组成或结构，各个膜中形成孔的要求不同，因此靶宿主或病毒膜破裂也可能立地被诱导。综上所述，关于病毒-细胞膜渗透行为的机理还存在一定的争议，明确单个病毒与宿主细胞的复杂融合机制，可为设计抗病毒化合物提供有利信息。然而，常规的病毒整体融合测定法是对膜融合事件的集体响应，不能对细微、尤其是在纳米尺度复杂的融合细节进行直接和定量的研究，因此无法直接量化一些可以通过研究单个病毒、纳米尺度表面糖蛋白和脂包膜来获得的融合细节。例如，病毒感染过程在分子水平上引起的病毒膜和宿主细胞膜的化学和结构组成改变，可以通过分子特异性红外光谱技术来探测。然而，单个病毒、表面糖蛋白和脂包膜尺寸小于红外光的衍射限，限制了单个病毒的红外光谱研究。因此，找到一个既可以提供纳米高空间分辨率，还能探测机械、化学特性（分子特异红外光谱）和环境影响的工具，使其可在单病毒水平上研究病毒膜融合过程是十分重要的。来自美国乔治亚大学和乔治亚州立大学的Sampath Gamage和Yohannes Abate等研究者采用 nano-FTIR & neaSNOM研究了单个原型包膜流感病毒X31在不同pH值环境中发生的结构变化。同时，还定量评估了在环境pH值变化期间,抗病毒化合物（化合物136）阻止病毒膜破坏的有效性，提供了一种抑制病毒进入细胞的新机制。

单壁碳纳米管（SWCNTs）被用于高分子基体材料中时可赋予材料独特的机械、热和电性能1。由于其高导电性能和大表面积的特性而被用于制备导电高分子复合物、薄膜、改进型锂离子电池和超级电容。独特的光学性能使其可用作显示器、太阳能电池和新兴固态照明技术的电极。有些SWCNT品种具有半导体特性而适用于逻辑器件、非易失性存储单元、传感器和防盗标签领域2。制造SWCNT的不同方法得到的是碳同素异形体和其它生产产品的混合物。热重分析仪（TGA）已被证明是一种表征这类混合物的有用工具，这种方法通过在空气气氛下以5?C/min的加热速度来分析样品的重量损失。

多壁碳纳米管管壁上通常存在一些小洞样的缺陷,通过强超声波的空化效应,可以把碳纳米管从缺陷处震断,形成短纤维,然后分散于介质中。