 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
| 3 | 1/1 | 返回列表 |
| 查看: 749 | 回復(fù): 2 | |||
crusher1994新蟲 (初入文壇)
|
[交流]
低頻隔振技術(shù)穩(wěn)定了STM在納米材料領(lǐng)域的研究
|
|
普渡大學(xué)化學(xué)系Claridge研究組選擇負(fù)剛度隔振技術(shù)為其納米級(jí)研究提供穩(wěn)定性，該研究采用掃描隧道顯微鏡（STM）進(jìn)行。STM結(jié)合了微波頻率偏置調(diào)制，用于從蛋白質(zhì)和其他復(fù)雜分子中提取結(jié)構(gòu)信息，以優(yōu)化納米材料的性能并更好地理解膜蛋白結(jié)構(gòu)。 在納米尺度上對(duì)分子、材料和界面進(jìn)行成像是納米科學(xué)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。在這些尺度上精確控制和表征界面結(jié)構(gòu)可能非常困難。有機(jī)-無機(jī)界面是決定納米材料光電性能和納米器件性能的關(guān)鍵因素，也是決定跨膜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。此外，層狀材料通常需要采用非共價(jià)功能化策略，這使得界面的詳細(xì)化學(xué)表征變得更加復(fù)雜。 Claridge研究小組 普渡大學(xué)化學(xué)系Claridge研究小組一直致力于研究和開發(fā)新的集成成像策略，以探索納米尺度上界面有序復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)分析的極限，解決從優(yōu)化納米材料性能到理解膜蛋白結(jié)構(gòu)等多方面的挑戰(zhàn)。 該研究團(tuán)隊(duì)使用了多種納米尺度的分析技術(shù)，這些技術(shù)不僅在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部使用，也在部門的分析儀器中心以及普渡大學(xué)的Birck納米技術(shù)中心進(jìn)行。這些技術(shù)包括掃描探針顯微術(shù)（如原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡）、先進(jìn)的表面分析方法（如偏振調(diào)制紅外反射吸收光譜）以及大規(guī)模分子建模。 利用這些儀器技術(shù)，該研究小組的研究集中在關(guān)鍵的納米結(jié)構(gòu)上，包括： a) 在5–10nm尺度上對(duì)表面化學(xué)進(jìn)行圖案化處理——以實(shí)現(xiàn)與細(xì)胞膜的精確可控相互作用、提高有機(jī)光伏器件中激子的有效分離效率，以及構(gòu)建分子電路，使其功能復(fù)雜性能夠媲美生物學(xué)系統(tǒng)。 b) 開發(fā)定制的納米尺度表面分析儀器——以實(shí)現(xiàn)分子尺度上的化學(xué)成像和表征在親水-疏水平衡界面上發(fā)生的動(dòng)態(tài)過程，這些界面與納米材料和生物學(xué)相關(guān)。 c) 生物分析技術(shù)的非傳統(tǒng)應(yīng)用——包括表征納米尺度上的各向異性潤(rùn)濕現(xiàn)象，這些現(xiàn)象類似于生物系統(tǒng)中的水和離子傳輸過程。 d) 將分子建模與先進(jìn)的界面表征技術(shù)相結(jié)合——開發(fā)對(duì)非共價(jià)組裝界面的詳細(xì)預(yù)測(cè)性理解，特別是那些由具有重要技術(shù)應(yīng)用的層狀材料（如石墨烯）組成的界面。 圖1 在高度取向熱解石墨（HOPG）上成像的二炔磷脂醇胺兩親分子（dPE） 成像肽內(nèi)的納米級(jí)生物單層和雙層結(jié)構(gòu) Claridge研究小組還開展了關(guān)于新型可聚合兩親分子（如肽和其他分子）的合成研究，這些分子對(duì)層狀材料的非共價(jià)功能化非常有用。 兩親分子是具有親水性和疏水性兩種性質(zhì)的化學(xué)化合物，是化學(xué)和生物化學(xué)多個(gè)研究領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。肽類兩親分子是以肽為基礎(chǔ)的分子，能夠自組裝成高長(zhǎng)寬比的納米纖維，并且可以組合成各種超分子結(jié)構(gòu)。 “我們小組使用掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）來成像小的生物單層和雙層結(jié)構(gòu)，通常是在肽內(nèi)，肽是構(gòu)成蛋白質(zhì)的核心組件，” Claridge研究小組的大衛(wèi)·G·麥克米倫說�！斑@些結(jié)構(gòu)尚未被充分理解。我們?cè)噲D更好地了解這些結(jié)構(gòu)的實(shí)際化學(xué)組成和行為，在大約7到14nm的尺度上，這些物質(zhì)很難結(jié)晶，因此很難獲得它們的晶體學(xué)數(shù)據(jù)，而晶體學(xué)數(shù)據(jù)通常是用于表征如此小尺度結(jié)構(gòu)的主要方法�！� “我們小組的一個(gè)主要研究方向是設(shè)計(jì)定制的掃描探針儀器，以在亞納米尺度上提供單分子內(nèi)的結(jié)構(gòu)分辨率，”麥克米倫補(bǔ)充道�！斑@尤其適用于我們自制的STM。通過在隧道結(jié)處引入偏壓調(diào)制和其他定制模式，我們可以從與分子電子學(xué)和人類健康相關(guān)的蛋白質(zhì)和其他復(fù)雜分子中提取結(jié)構(gòu)信息。” 掃描隧道顯微鏡（STM） 掃描隧道顯微鏡基于量子隧穿的概念。當(dāng)導(dǎo)電的探針非常接近被檢測(cè)的表面時(shí)，施加在兩者之間的偏壓（電壓差）可以使電子通過它們之間的真空隧穿。隧穿電流取決于探針的位置、施加的電壓以及樣品的局部態(tài)密度。 通過監(jiān)測(cè)探針在表面上掃描時(shí)的電流變化來獲取信息，并通常以圖像形式顯示。STM是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，因?yàn)樗髽O其干凈和穩(wěn)定的表面、尖銳的探針、復(fù)雜的電子設(shè)備以及出色的振動(dòng)控制。 對(duì)于STM而言， 0.1nm的橫向分辨率和0.01nm的深度分辨率被認(rèn)為是良好的分辨率。憑借這種分辨率，材料中的單個(gè)原子可以被常規(guī)地成像和操控。STM不僅可以在超高真空中使用，還可以在空氣、水和其他各種液體或氣體環(huán)境中使用，并且可以在從接近零開爾文到幾百攝氏度的溫度范圍內(nèi)工作。 圖2 Agilent Pico 5500原子力顯微鏡在Minus K BM-10隔振臺(tái)上掃描4微米 “ 掃描隧道顯微鏡通過精確控制一個(gè)原子級(jí)尖銳的金屬探針在樣品上掃描，保持探針與樣品之間1nm的距離，提供原子或分子級(jí)別的分辨率成像，”麥克米倫繼續(xù)說道�！胺答伝�10皮安（pA）的隧穿電子電流，即使探針與樣品之間的距離變化僅為0.1nm，也會(huì)導(dǎo)致隧穿電流的顯著變化。因此，盡管儀器設(shè)計(jì)旨在最大化剛性并最小化熱漂移，但減少振動(dòng)、聲學(xué)噪聲和電氣噪聲以及熱漂移都是至關(guān)重要的�！� “振動(dòng)和低頻聲學(xué)噪聲尤其關(guān)鍵，因?yàn)闇y(cè)量信號(hào)——即探針在表面上掃描過分子時(shí)探針高度的變化——包含頻率范圍為10至400Hz的成分�！丙溈嗣讉惤忉尩�。 振動(dòng)對(duì)STM成像的影響 要實(shí)現(xiàn)這些小型生物單層和雙層結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成和行為的納米級(jí)成像，要求STM必須放置在一個(gè)超穩(wěn)定的操作環(huán)境中，該環(huán)境應(yīng)避免周圍低頻振動(dòng)的干擾。 “我們的實(shí)驗(yàn)室位于一棟鋼筋混凝土建筑的四樓，采用柱梁設(shè)計(jì)，”麥克米倫說�！盀榱舜_�；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全，需要安裝大型空氣處理設(shè)備，這給建筑結(jié)構(gòu)帶來了顯著的振動(dòng)。建筑物始終在輕微地移動(dòng)。結(jié)構(gòu)的基本頻率范圍為10至25Hz，空氣處理設(shè)備在14、29和42Hz處增加了可測(cè)量的噪聲。此外，建筑物外部的長(zhǎng)期施工也帶來了額外的振動(dòng)。” STM被放置在一個(gè)非常小的房間內(nèi)——面積僅為80平方英尺（約7.4平方米），由于靠近建筑物的結(jié)構(gòu)支撐，這個(gè)位置提供了實(shí)驗(yàn)室空間中最低的振動(dòng)水平。STM位于一個(gè)大小適中的聲學(xué)隔離/溫控腔室內(nèi)，以優(yōu)化空間使用。STM及其完整的微波設(shè)置的總重量約為25磅（約11.3公斤），尺寸為10英寸寬 x 10英寸深 x 8英寸高（約25.4厘米 x 25.4厘米 x 20.3厘米）。 “可用的振動(dòng)隔離選項(xiàng)有限，”麥克米倫補(bǔ)充道�！癝TM最初放置在一個(gè)氣浮隔振器上的花崗巖表面板上，這種隔振器最初是為光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。但這種方法已不足以消除影響納米級(jí)成像的低頻振動(dòng)�！� 負(fù)剛度隔振 Claridge研究小組決定為其STM安裝負(fù)剛度隔振系統(tǒng)。由于其在低頻隔振效率非常高，使得像STM和AFM這樣的振動(dòng)敏感儀器能夠在極端低振動(dòng)環(huán)境中正常工作，而使用頂級(jí)氣浮隔振臺(tái)和其他隔振技術(shù)是無法達(dá)到這一效果的。 負(fù)剛度隔離器由Minus K Technology公司開發(fā)，采用了一種獨(dú)特且完全機(jī)械的概念進(jìn)行低頻振動(dòng)隔離。它們不需要電力或壓縮空氣，沒有電機(jī)、泵或腔室，也不需要維護(hù)，因?yàn)闆]有任何部件會(huì)磨損。它們完全以被動(dòng)機(jī)械模式運(yùn)行。 “垂直運(yùn)動(dòng)隔離是由一個(gè)支持重量負(fù)載的剛性彈簧與負(fù)剛度機(jī)制結(jié)合提供的，” Minus K Technology的工程副總裁埃里克·倫格說�！巴ㄟ^這種方式，可以在不影響彈簧靜態(tài)負(fù)載支撐能力的情況下，使凈垂直剛度變得非常低。與垂直運(yùn)動(dòng)隔離器串聯(lián)連接的梁柱提供水平運(yùn)動(dòng)隔離。梁柱表現(xiàn)為一個(gè)結(jié)合了負(fù)剛度機(jī)制的彈簧。結(jié)果是一個(gè)緊湊的被動(dòng)隔離器，能夠?qū)崿F(xiàn)低垂直和水平自然頻率以及高內(nèi)部結(jié)構(gòu)頻率�！� 負(fù)剛度隔離器在多個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)了高水平的隔離效果。它們具有靈活性，可以定制垂直和水平共振頻率至0.5Hz（某些版本水平方向?yàn)?.5Hz）。 （注意：對(duì)于自然頻率為0.5Hz的隔離系統(tǒng)，隔離從0.7Hz開始，并隨著振動(dòng)頻率的增加而改善。自然頻率通常用于描述系統(tǒng)性能。） 在0.5Hz時(shí)，幾乎不存在能量。很少會(huì)在0.5Hz發(fā)現(xiàn)顯著的振動(dòng)。頻率高于0.7Hz的振動(dòng)（負(fù)剛度隔離器開始隔離的起點(diǎn)）會(huì)隨著頻率的增加迅速衰減。當(dāng)調(diào)整到0.5Hz時(shí)，負(fù)剛度隔離器在2Hz時(shí)可實(shí)現(xiàn)約93%的隔離效率；在5Hz時(shí)為99%；在10Hz時(shí)為99.7%。 振動(dòng)隔離效率 “負(fù)剛度隔離器在8至30Hz范圍內(nèi)的振動(dòng)衰減效果特別好，而這一頻段使用其他振動(dòng)隔離裝置時(shí)一直是個(gè)難題，” 麥克米倫繼續(xù)說道。“根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，負(fù)剛度隔離器的低固有頻率（0.5Hz）在這附近的頻率上改善了衰減效果�！� “負(fù)剛度隔振器的被動(dòng)特性使我們無需在聲學(xué)隔離腔中提供額外的穿透和連接，從而消除了可能的聲學(xué)噪聲源，”麥克米倫補(bǔ)充道�！皽p少進(jìn)入腔體的電纜數(shù)量也限制了電纜振動(dòng)耦合到實(shí)驗(yàn)中的程度，并減少了潛在的電子噪聲來源。” “納米級(jí)研究使用掃描隧道顯微鏡（STM）或原子力顯微鏡（AFM）等儀器時(shí)，需要比高性能氣浮臺(tái)所能提供的更高精度的隔振，以及比主動(dòng)隔振系統(tǒng)所能提供的更高水平的環(huán)境適應(yīng)性。幸運(yùn)的是，對(duì)于這種高精度的研究需求，負(fù)剛度隔振技術(shù)提供了一個(gè)兼容的解決方案�！� 注：由于flash原因，無法上傳圖片，附上原文鏈接：https://www.minusk.com/content/in-the-news/Minus_K_EdGivePress_0624-stm-scanning-tunneling-nanoscopic-vibration-isolation.html |
回復(fù)此樓» 猜你喜歡
XPS/?λXPS
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
河北大學(xué)-26年秋季入學(xué)化學(xué)博士招生
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
無機(jī)化學(xué)論文潤(rùn)色/翻譯怎么收費(fèi)?
已經(jīng)有118人回復(fù)
-
招收2026年入學(xué)博士研究生
已經(jīng)有10人回復(fù)
-
0856材料306分調(diào)劑
已經(jīng)有2人回復(fù)
-
北京航空航天大學(xué)26級(jí)博士招生-生物醫(yī)學(xué)工程-合成生物學(xué)
已經(jīng)有14人回復(fù)
» 本主題相關(guān)商家推薦: (我也要在這里推廣)
crusher1994
新蟲 (初入文壇)
- 應(yīng)助: 0 (幼兒園)
- 金幣: 40.5
- 帖子: 11
- 在線: 50分鐘
- 蟲號(hào): 35941167
- 注冊(cè): 2025-02-05
- 專業(yè): 光學(xué)
2樓2025-02-18 17:19:35
crusher1994
新蟲 (初入文壇)
- 應(yīng)助: 0 (幼兒園)
- 金幣: 40.5
- 帖子: 11
- 在線: 50分鐘
- 蟲號(hào): 35941167
- 注冊(cè): 2025-02-05
- 專業(yè): 光學(xué)
3樓2025-02-18 17:19:53
相關(guān)版塊跳轉(zhuǎn)
我要訂閱樓主 crusher1994 的主題更新
| 3 | 1/1 | 返回列表 |
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 材料調(diào)劑 +3 | ounce. 2026-03-05 | 6/300 |
|
|---|---|---|---|---|
|
|
[考研] 考研282分求調(diào)劑，接受跨專業(yè) +4 | 劉淄博 2026-03-04 | 7/350 |
|
|
[考研] 303求調(diào)劑 +3 | forgman95 2026-03-05 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 282求調(diào)劑 +7 | 夕～日 2026-03-05 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 283求調(diào)劑 +10 | 鹿沫笙 2026-03-02 | 11/550 |
|
|
|
[基金申請(qǐng)]
 本子寫完了，給DS兄弟看了，得了92分
+6
|
Doma 2026-03-01 | 10/500 |
|
|
|
[考研] 0856材料與化工，270求調(diào)劑 +17 | YXCT 2026-03-01 | 20/1000 |
|
|
|
[考研] 293求調(diào)劑 +3 | 是樂渝哇 2026-03-04 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 282求調(diào)劑 +5 | 2103240126 2026-03-02 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 武理材料工程302調(diào)劑 +3 | Doleres 2026-03-03 | 6/300 |
|
|
|
[考研]
085600 英一數(shù)二272求調(diào)劑
 5+6
|
vida_a 2026-03-01 | 47/2350 |
|
|
|
[考研] 材料工程269求調(diào)劑 +7 | 白刺玫 2026-03-02 | 7/350 |
|
|
|
[基金申請(qǐng)] 請(qǐng)問大家，研究風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)措施那里， 大家都怎么寫呢 ？ +3 | cauasen 2026-03-02 | 3/150 |
|
|
|
[碩博家園] 2025屆雙非化工碩士畢業(yè)，申博 +4 | 更多的是 2026-02-27 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 272求調(diào)劑 +9 | 材紫有化 2026-02-28 | 9/450 |
|
|
|
[考研] 材料085601調(diào)劑 +5 | 多多子. 2026-03-02 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 295求調(diào)劑 +8 | 19171856320 2026-02-28 | 8/400 |
|
|
|
[基金申請(qǐng)]
剛錄用，沒有期刊號(hào)，但是在線可看的論文可以放為代表作嗎
10+3
|
arang1 2026-03-01 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 311求調(diào)劑 +9 | 南迦720 2026-02-28 | 10/500 |
|
|
|
[考研] 307求調(diào)劑 +4 | 73372112 2026-02-28 | 6/300 |
|