本文關(guān)鍵詞：基于掃描探針顯微術(shù)的超濾膜表征方法研究

  更多相關(guān)文章： 超濾膜 表面形貌 抗污性 SPM 超高真空 蛋白 黏附力

【摘要】：超濾作為典型的膜分離技術(shù)在環(huán)保、醫(yī)療、食品、生物和污水處理等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,超濾膜是其中的關(guān)鍵器件。超濾膜的表面形貌和抗污性是直接影響分離效率和使用壽命的兩個重要指標(biāo)。本文針對實際應(yīng)用需求,結(jié)合掃描探針顯微鏡(SPM)技術(shù),在真空和大氣環(huán)境下對超濾膜的表面形貌和抗污性的表征機(jī)理和方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究,提出了解決現(xiàn)有表征技術(shù)存在問題的多種思路和方法。這對于超濾膜的研制、生產(chǎn)和加工具有重要的指導(dǎo)意義。論文的主要工作和創(chuàng)新點包括:1.研究和探索了超濾膜表征理論和方法,提出了基于超高真空掃描隧道顯微鏡的超濾膜表面形貌表征方法和基于大氣環(huán)境下原子力顯微鏡的超濾膜抗污性表征方法,并就實驗結(jié)果對影響抗污性的多種因素進(jìn)行了對比和分析。2.研究了適用于超濾膜特性表征的超高真空掃描隧道顯微鏡系統(tǒng),設(shè)計了新型隧道電流提取電路和反饋控制電路,提高了隧道電流的采樣準(zhǔn)確度,設(shè)計了測頭部分、樣品加持裝置和彈簧─阻尼隔振系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu),編寫了實時數(shù)據(jù)采集和圖像處理軟件,最終實現(xiàn)了超濾膜形貌信息的拾取。實驗研究了超高真空環(huán)境下超濾膜表面形貌的表征方法。3.提出了修飾不同蛋白的AFM探針彈性系數(shù)的可溯源標(biāo)定方法,測量了蛋白和超濾膜之間的黏附力。評價了污染物與超濾膜之間粘附力的影響。實驗研究了適用于超濾膜抗污性表征的二維力曲線測量方法。4.建立了探針諧振頻率的變化量與所受作用力之間的數(shù)學(xué)模型,提出了超聲原子力顯微鏡(UAFM)同時測量表面形貌和作用力的表征方法。提出了靜電力顯微鏡(EFM)同時測量超濾膜的表面形貌、彈性模量和表面靜電場分布的表征方法。這些方法為更好地研究抗污性多種因素之間的關(guān)系,以及對超濾膜的制備和應(yīng)用提供了有價值的參考。5.提出了AFM與STM相結(jié)合同時測量樣品形貌、彈性模量和樣品表面電子態(tài)分布的表征方法。將新型隧道電流提取電路與AFM系統(tǒng)相結(jié)合,利用AFM二次抬舉掃描模式實現(xiàn)了AFM掃描狀態(tài)下隧道電流的采集,實驗研究了導(dǎo)電樣品表面形貌和電子態(tài)分布之間的關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：超濾膜 表面形貌 抗污性 SPM 超高真空 蛋白 黏附力
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.893;TH742
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 膜分離技術(shù)10-15
• 1.2 超濾膜表征技術(shù)15-22
• 1.2.1 表面形貌表征技術(shù)15-17
• 1.2.2 超濾膜抗污性能的表征技術(shù)17-22
• 1.3 課題研究的意義和主要工作22-24
• 第二章 超濾膜表征理論與方法的研究24-40
• 2.1 超濾膜分離原理24-31
• 2.1.1 超濾膜分離過程的傳質(zhì)機(jī)理25-26
• 2.1.2 超濾膜的分離模型26-27
• 2.1.3 超濾膜的污染機(jī)理27-30
• 2.1.4 超濾膜污染的力學(xué)特性分析30-31
• 2.1.5 超濾膜的污染物31
• 2.2 超濾膜表征方法的研究31-38
• 2.2.1 超高真空環(huán)境在超濾膜表面形貌表征中的作用32
• 2.2.2 量子隧道效應(yīng)32-34
• 2.2.3 AFM探針的力學(xué)模型34-36
• 2.2.4 外作用下的探針力學(xué)模型36-38
• 2.3 本章小結(jié)38-40
• 第三章 超高真空環(huán)境下表征技術(shù)的研究與系統(tǒng)設(shè)計40-74
• 3.1 UHV-STM系統(tǒng)設(shè)計40-41
• 3.2 STM的原理分析41-43
• 3.3 隧道電流前置放大電路設(shè)計43-52
• 3.4 反饋控制電路的設(shè)計52-55
• 3.5 粗進(jìn)針機(jī)構(gòu)設(shè)計55-57
• 3.6 隔振系統(tǒng)設(shè)計57-61
• 3.7 真空系統(tǒng)設(shè)計61-66
• 3.7.1 真空腔體的設(shè)計61-63
• 3.7.2 測頭機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計63-64
• 3.7.3 樣品夾持機(jī)構(gòu)的設(shè)計64-65
• 3.7.4 超高真空的實現(xiàn)65-66
• 3.8 控制軟件66-70
• 3.8.1 數(shù)據(jù)采集和壓電陶瓷控制66-68
• 3.8.2 圖像處理和顯示68-70
• 3.9 探針的制備70-72
• 3.10 本章小結(jié)72-74
• 第四章 大氣環(huán)境下表征技術(shù)的研究與系統(tǒng)設(shè)計74-98
• 4.1 AFM的原理分析74-76
• 4.2 AFM力曲線測量76-83
• 4.2.1 AFM力曲線測量的原理77-80
• 4.2.2 利用蛋白修飾探針80-81
• 4.2.3 AFM探針彈性系數(shù)的標(biāo)定81-83
• 4.3 超聲原子力顯微鏡（UAFM）83-90
• 4.3.1 UAFM的原理84-86
• 4.3.2 UAFM系統(tǒng)搭建86-90
• 4.4 靜電力顯微鏡（EFM）90-94
• 4.4.1 EFM的原理90-93
• 4.4.2 EFM系統(tǒng)93-94
• 4.5 AFM與STM相結(jié)合的表征方法94-96
• 4.6 本章小結(jié)96-98
• 第五章 超濾膜表征實驗及數(shù)據(jù)分析98-124
• 5.1 超高真空環(huán)境下的表征實驗98-101
• 5.1.1 測量金膜98-100
• 5.1.2 超濾膜孔徑表征100-101
• 5.2 大氣環(huán)境下的實驗101-120
• 5.2.1 樣品制備101-102
• 5.2.2 探針的修飾102-103
• 5.2.3 AFM探針懸臂梁彈性系數(shù)的標(biāo)定103
• 5.2.4 力曲線測量103-107
• 5.2.5 UAFM測量107-112
• 5.2.6 EFM測量112-117
• 5.2.7 超濾膜抗污性表征方法比對實驗117-118
• 5.2.8 AFM與STM相結(jié)合測量118-120
• 5.3 結(jié)論與分析120-121
• 5.4 本章小結(jié)121-124
• 第六章 總結(jié)與展望124-128
• 6.1 論文完成的主要工作124-125
• 6.2 論文創(chuàng)新點125-126
• 6.3 工作展望126-128
• 參考文獻(xiàn)128-136
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明136-138
• 致謝138-139
• 附錄1 UHV-STM 系統(tǒng)主要性能參數(shù)139-140
• 附錄2 振動隔離理論140-143
• 附錄3 UHV-STM 軟件流程圖143-144

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本文編號：967031