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《注:原子力显微镜可以帮助扩展轮胎行业的“神奇三角”》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2020-04-23

  • 汽车轮胎被期望通过提供良好的牵引力来保证我们的安全，通过最小化滚动阻力来提高燃油效率，通过最大化耐磨性来降低经济和环境成本。不幸的是，提高其中一个方面的性能常常会降低其他方面的性能。这个难题被称为轮胎行业的“魔法三角”。“了解复杂橡胶化合物的纳米结构与性能之间的关系是开发下一代轮胎胎面材料最有前途的方法。

    新的应用说明介绍了原子力显微镜(AFM)如何帮助开发如何理解纳米级组件分布影响轮胎性能。庇护研究afm提供了独特的功能，不仅可以检查橡胶混合物的形态，还可以识别成分，绘制它们的分布，并测量它们的纳米级机械性能。应用说明中的例子演示了原子力显微镜是如何在纳米级的分辨率下，方便而快速地分辨橡胶配方中的这些材料的。特别令人感兴趣的是，各种天然和合成橡胶成分如何与通常用作填料的炭黑和二氧化硅纳米颗粒相关联。在此，AFM可以直接观察与填充颗粒紧密结合的“结合橡胶”部分，甚至可以描述颗粒如何改变橡胶的局部力学性能。没有其他技术可以为这些材料提供纳米尺度的宽度。

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  • 《利用原子力显微镜研究石墨烯在纳米尺度上的功能特性》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2021-03-27
    • AZO于2021年3月25日发布关于石墨烯的内容，文章指出在纳米电子或能量转换设备中使用石墨烯时，通常需要对材料进行修饰。这些修饰通常采取吸附或共价结合的形式，然而，原始石墨烯的局部表面不均匀性(例如褶皱)可能会影响其均匀性。 石墨烯的精确纳米级形貌表征至关重要，这必须与评估材料的功能特性相结合。 原子力显微镜(AFM)是这项任务的理想选择，它结合了真实空间地形成像和功能表面特性的精确检测;例如，附着力，电势和模量。AFM促进了石墨烯和其他二维材料在纳米尺度上的整体表征方法。 当材料压缩为二维时，就会产生独特的特性，因此，石墨烯展现出一系列特殊的物理特性。这包括优异的载流子动力学、高机械强度和高导热性。 二维材料如石墨烯有许多潜在的未来应用——从光电子到柔性电子和电化学储能。二维材料的轻量和低维性也引起了奈米电子学研究人员的注意，他们正在研究电子设备的不断缩小 石墨烯在电子设备中的工业应用需要使用大型晶圆尺度的石墨烯薄膜，这促使研究人员将重点放在改进单层生长程序上。催化铜(Cu)上的化学气相沉积(CVD)是本研究中探索最多的途径。 然而，在铜衬底上生长的石墨烯需要随后转移到绝缘衬底上，而这一过程可能会破坏单层，并引入污染物。因此，在绝缘衬底上直接生长是石墨烯未来应用发展的重要一步 本文概述了在爱思强CCS研发反应堆内，在LED级c平面蓝宝石上生长的晶圆级石墨烯的研究。 AFM的多功能性使得它特别适合于研究绝缘蓝宝石上cvd -grow石墨烯的形态和功能特性。因此，Park系统NX20原子力显微镜上的边带开尔文探针力显微镜(KPFM)被用于蓝宝石上石墨烯的表征。 石墨烯和蓝宝石表面之间的表面电位有明显的对比。研究人员还注意到石墨烯褶皱和台阶边缘表面电位的变化。 图1显示了地形和表面电位的三维叠加，清晰地显示了地形特征和KPFM表面电位的相关性。与蓝宝石梯田相比，这种覆盖层可以显著降低石墨烯褶皱和蓝宝石台阶周围的表面电位。表面电位分布也符合用Park的精确纳米力学模式解析的力学特征。 KPFM和纳米力学信号之间的这种相关性表明石墨烯的电子和机械性能之间存在潜在的联系，表明AFM作为一种全面表征技术的潜力，是2D材料的理想选择。
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  • 《探索 | 量子显微镜观察魔角“三明治”的奇异现象》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2023-02-27
    • 有趣的量子世界拥有一种奇异现象：一个粒子，例如电子，同时具有波的特性，所以它可能存在于空间中各个地方。以色列魏茨曼科学研究学院团队利用这一特性开发了一种新型工具——量子扭曲显微镜（QTM），它可以创造出新的量子材料，同时观察电子的基本量子特性，这意味着，人造电子材料可以设计各种功能，以上结果已发表在期刊《Nature》上。 图1 TBG能带的QTM成像 QTM涉及到两个原子级厚度二维材料相互之间的“扭曲”或旋转。近年来，这种扭曲已成为该研究的主要动力。它始于这样一个发现：两层石墨烯——单原子层厚度的碳单晶，若两层相对有一个小扭转角度，会产生一个具有新奇特性的“三明治”。 扭转角是控制电子行为最关键的参数：仅改变0.1度，超导体就转变为非常规绝缘体。尽管这个参数很关键，但它也是实验中最难精确控制的。而且，扭曲两层到一个新的角度需要从头开始建立一个新的“三明治”，这是一个非常漫长和乏味的过程。 “我们最初的动机是要解决这个问题，建立一个机器，可以不断扭曲任何两种材料层，随时生产扭曲度不同的新型材料，”该团队负责人、魏茨曼凝聚态物理学教授Prof. Shahal Llani说，“然而，在制造这台机器的同时，我们发现它还是一台功能强大的显微镜，史无前例地观察量子电波。” 绘制量子图像 长期以来，图片在科学发现中发挥着核心作用。光学显微镜和望远镜经常提供图像，使科学家能够更深入地了解生物和天体物理系统。另一方面，由于样品尺寸很小，多年来捕捉材料内部电子行为非常困难。 大约40年前，随着扫描隧道显微镜的发明，以上困境发生了该表，它的开发者因此获得了1986年的诺贝尔物理学奖。这种显微镜使用原子级尖端扫描材料表面，测量电流并逐渐建立样品中电子分布的图像。 “自发明以来，科学家已经开发了许多不同的扫描探针，每个探针测量不同的电子特性，但所有这些探针都一次在一个位置测量这些特性。因此，他们大多将电子视为粒子，只能间接地了解它们的波动性质，”魏茨曼科学研究学院Ady Stern教授解释道。他与另外三维理论物理学家Binghai Yan教授、Yuval Oreg教授、和Erez Berg教授共同完成了这项研究。 Stern说：“事实证明，我们已建立了一种可以直接观察量子电子波的工具，给我们一种方法来解开它们在材料内部表现的量子舞蹈。” 一个电子出现在多个地方 “观察量子波的诀窍是在同一时间在不同位置发现同一个电子,”论文的第一作者Alon Inbar说。“这种测量方法在概念上类似于著名的双缝实验。一个世纪前，双缝实验首次证明了量子力学中的电子具有波的性质,”另一位主要作者John Birkbeck博士补充说，“唯一不同的是，我们在扫描显微镜的尖端进行这样的实验。” 为了达到这个目的，他们用一个包含量子材料的薄层(例如单层石墨烯)的尖端取代了原子扫描隧道显微镜尖端。当这一层与样品表面接触时，它形成一个二维界面，电子可以在许多不同的位置穿过这个界面。 量子力学上，它们可以同时在任何位置隧穿，不同位置的隧穿事件相互干扰。这种干涉只允许电子在界面两侧的波函数完全匹配的情况下隧穿。“要看到量子电子，我们必须温和一点，”Ilani 说。“如果我们不问它一个粗鲁的问题‘你在哪里？相反，我们为它提供了多条进入探测器的路径，而我们并不知道它究竟穿过了哪里，我们允许它保持其脆弱的波特性。” 扭曲和隧道 一般来说，电子波在尖端和样品传播的方向不同，因此不匹配。QTM 使用它的扭转能力来找到匹配发生的角度: 通过不断地扭转针尖相对于样品，工具使它们相应的波函数也相对于另一个扭转。一旦这些波函数在界面两侧匹配，隧穿就可能发生。 因此，扭转允许 QTM 映射电子波函数如何依赖于动量，类似于尖端的横向平移使其依赖于位置的映射成为可能。 仅仅知道电子穿过界面的角度就为研究人员提供了大量有关被探测材料的信息。通过这种方式，他们可以了解样品中电子的集体组织，它们的速度，能量分布，干涉模式，甚至不同波之间的相互作用。 量子材料的新发展 另一位主要作者Jiewen Xiao说：“我们的显微镜将为科学家提供一种观察和测量量子材料性质的新型‘透镜’。” 魏茨曼团队已经将他们的显微镜应用于研究几种关键量子材料在室温下的性质，现在正准备在几开尔文的温度下进行新的实验，在那里已知会发生一些最令人兴奋的量子力学效应。 如此深入地观察量子世界有助于揭示关于自然的基本真理。在未来，它也可能对新兴技术产生巨大的影响。QTM 将为研究人员提供前所未有的新量子接口光谱，以及发现其中量子现象的新“眼睛”。
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