浙大新研究讓測量納米世界有了新“觸角”
觸角是昆蟲重要的感受器,通過感觸外界物體,做出相應(yīng)反饋。在物質(zhì)世界中,要更好研究物體接觸時的“力量”離不開原子力顯微鏡,而其核心構(gòu)件探針,則如同昆蟲的“觸角”,能夠?qū)悠繁砻娴淖饔昧D(zhuǎn)換成微懸臂梁的彎曲,進而通過激光束探測到。然而長久以來,球形原子力顯微鏡探針(也稱膠體探針)在納米尺度的測量存在“盲區(qū)”。近日,浙江大學(xué)伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳校區(qū)聯(lián)合學(xué)院胡歡研究員團隊,聯(lián)合美國IBM沃森研究中心以及東華大學(xué)機械系彭倚天教授團隊合作發(fā)明的一種新型納米球探針技術(shù),可以精準(zhǔn)測量納米到微米尺度范圍的界面,填補了該尺度空缺,解決了納米摩擦學(xué)領(lǐng)域的重要技術(shù)瓶頸。 這項研究刊發(fā)在了國際界面研究領(lǐng)域著名期刊《蘭格繆爾》(Langmuir),并作為封面之一重點報道。 第一個利用氦離子注入制造的納米球探針的工藝流程 球形探針的現(xiàn)實困難 原子力顯微鏡一個微懸臂梁和位于自由端的一個納米針尖構(gòu)成,能夠通過探針將十分微小的的力,通過微懸臂梁反射的激光信號測量出來,為探究納米尺度的物質(zhì)世界打開一扇門。 例如,基于對機械部件界面之間摩擦力的研究,能夠指導(dǎo)研發(fā)降低摩擦力進而減小能耗的技術(shù);對材料間的吸附力研究,能夠促進超級膠水的研制。對生物樣品如癌細胞的硬度進行測量,有可能判斷其是否更容易轉(zhuǎn)移,等等。 球形原子力探針是眾多類型原子力顯微鏡探針中的重要成員,球形在形變、硬度、力學(xué)屬性等方面更具優(yōu)勢,進而有利于后續(xù)的科學(xué)分析。球形探針,十分適合界面力學(xué)的精準(zhǔn)測量,因為接觸面積是球面,可以精確預(yù)測接觸面積和力的關(guān)系,因此可以精準(zhǔn)的測試樣品的力學(xué)特性,且不容易破壞樣品,在生物領(lǐng)域如細胞,細菌和病毒的力學(xué)測試,膠體科學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景 但是,傳統(tǒng)顯微鏡上的球形探針,隨著科研發(fā)展的進程具有明顯的不足。這類探針尺寸在1-10微米,測試精度有限,缺乏在納米尺度的測量。與此同時,球形探針是通過膠水粘貼,本身粘貼位置就很難把控影響精確度,同時遇到高溫或液體常常容易脫落。 因此如何做小球形探針,如何讓球形探針粘上去掉下來,成為擺在科學(xué)界面前的難題。 無心插柳填補行業(yè)空白 胡歡團隊長期從事各種納米制造技術(shù)的研究,對高能氦離子束并不陌生。 |