北京科技大学 研究生 现代检测结课论文
现代测试技术论文(2)

现代测试技术论文(2)现代测试技术论文篇二现代测试技术在珠宝鉴定中的应用摘要:珠宝作为一种特殊商品,本身的成分和真伪很难由消费者识别,再加上现代珠宝合成技术的突飞猛进的发展,更加导致了传统的珠宝鉴定方式的滞后以及不适用性。
因此,采用现代测试技术对珠宝进行科学、准确的坚定,以此来规范珠宝市场,维护消费者的合法权益,对于提高珠宝行业的信誉和形象,促进珠宝市场的健康可持续发展具有举足轻重的意义。
本文在阐述现代测试技术在珠宝鉴定中的重要性的基础上,进一步分析了红外光谱技术、紫外线光谱技术、可见光谱技术、荧光光谱技术和拉曼光谱技术在珠宝鉴定中的应用。
关键词:现代测试技术珠宝鉴定重要性应用引言随着人民生活水平的提高,消费模式也发生了巨大的变化。
物质消费在总消费中所占的比重越来越小,而精神消费和奢侈品消费所占的比重越来越大。
新的消费需求和消费趋势带动了奢侈品行业的迅速发展,珠宝行业在其中也受益匪浅。
面对珠宝行业这个巨大的商机,珠宝学者越来越将研究的重点放在珠宝鉴定的科学性、无损性和快捷性方面上,而珠宝商为了购入符合其要求的珠宝,也陆陆续续加入了珠宝鉴定的学习行列之中。
如何更加行之有效的进行珠宝鉴定,这是珠宝行业共同面临和需要探讨的话题。
一、现代测试技术实施的重要性随着计算机技术和软件技术革命的到来,电子测量仪器领域发生了翻天覆地的变化。
珠宝鉴定作为技术要求较高的工作,鉴定的手段仅仅靠折光仪和显微镜等传统技术手段不能获得充分的满足,转而求助于现代测试技术。
现代测试技术更加具有高、精、尖等特点,它相对于以往的折射仪和显微镜等传统的珠宝鉴定手段(参照表1),不仅能对诸如珍珠、翡翠、玛瑙和宝石等珠宝的光学性质测定出来,而且能对其他的物理性质很好的辨别出来。
而且现代测试技术的鉴定效率高、准确性高、可靠性强。
利用现代测试技术,可以对合成的人造珠宝玉石与天然形成的珠宝玉石进行准确区分,可以有效区分真正的宝石和假冒宝石,二者在内部的结构和成分构成等方面都截然不同。
北科大本科毕业论文中期报告

目录1已完成的研究工作 (1)1.1Fe-6.5wt%Si合金试样的制备 (1)1.1.1等轴晶Fe-6.5wt%Si合金的制备 (1)1.1.2柱状晶Fe-6.5wt%Si合金的制备 (1)1.1.3下拉速度对定向凝固组织的影响 (6)1.2喷丸处理过程 (8)1.2.1喷丸试样的制备 (8)1.2.2喷丸处理 (9)1.3喷丸处理对Fe-6.5wt%Si合金表明形貌的影响 (10)1.4喷丸处理对Fe-6.5wt%Si合金金相组织的影响 (12)1.5喷丸处理对Fe-6.5wt%Si合金力学性能的影响 (15)1.6英文文献翻译 (17)2存在问题 (18)2.1定向凝固柱状晶困难 (18)2.2喷丸处理预约困难 (18)2.3喷丸处理效果不明显 (18)3下一步工作计划 (19)3.1柱状晶的喷丸处理 (19)3.2喷丸后试样力学性能测试 (19)3.3扫描电镜观察微观组织 (20)3.4显微硬度测试 (20)3.5室温弯曲力学性能测试 (20)3.6处理实验数据 (20)4可预期成果 (21)指导教师意见 (22)系所意见 (22)1已完成的研究工作1.1Fe-6.5wt%Si合金试样的制备1.1.1等轴晶Fe-6.5wt%Si合金的制备本文采用真空熔炼的Fe-6.5wt%Si合金为原料,高温锻造后的组织如图1所示,可见等轴晶组织均匀,尺寸在500μm左右,等轴晶晶体取向为随机分布,其化学成分如表1所示。
图1 Fe-6.5wt%Si合金高温锻造后组织表1 Fe-6.5wt%Si合金的化学成分(wt%)1.1.2柱状晶Fe-6.5wt%Si合金的制备将锻造的Fe-6.5wt%Si合金线切割成Φ7.5mmx100mm的原始棒料,进行定向凝固实验。
首先,将切割后的Fe-6.5wt%Si合金原始棒料表面进行研磨,放入高纯石英管中,采用内径为8mm、壁厚为1mm的石英玻璃管作为熔化和凝固坩埚,冷却水距离:10mm。
2018-2019-北科大测试系统与实践实验报告-优秀word范文 (13页)

本文部分内容来自网络整理,本司不为其真实性负责,如有异议或侵权请及时联系,本司将立即删除!== 本文为word格式,下载后可方便编辑和修改! ==北科大测试系统与实践实验报告篇一:北科大测试系统与实践实验报告1 直流稳压电源的制作首先,熟悉万用表、电烙铁的功能与使用方法,电子元器件的焊接技术,元器件的布臵及实验板的使用及各个所需电子的用途。
这里所讲的电源是各种电路中常用的直流稳压电源。
它一般可分为多用途电源和专用电源两种。
多用途电源的设计和制作是比较繁琐的,因为它的使用对象繁多,所以设计制作时要考虑的问题也比较多,如:电源精度、纹波系数、温度系数、带载能力、抗干扰能力、保护能力。
以及电压的输出范围(mV~kV档)、调整范围、电流的输出和调整范围,最后还要设计面板的实用性、合理性、直观性和美观性等等。
而专用电源的设计制作就相对简单得多,因为它通常只用于一种负载。
下面简单的介绍一种+5V直流稳压电源。
它可作为为简单放大器供电的专用电源。
首先要根据放大器的工作状况,确定电源的输出电压和电流,一般放大器的电源为5~15V,电流为150mA,除非是高精度高频放大器电源,一般不考虑其它电源参数。
1)元件选择 (1)绘制电路图图1-1 单稳压电源(2) 电子元件的选择:(a)选择7805集成稳压器,其输出电压为+5V,最大电流为1.5A。
(b)确定7805输入电压范围由于三端集成稳压器有一个使用最小压差(输入电压与输出电压的差值)的限制,所以变压器的绕组电压也不能过低。
三端集成稳压器的最小输入、输出电压差约为2V。
一般应使这一压差保持在6V左右,所以应使7805最小输入为7V,最好应为11V左右,最大不能超过35V。
(c)变压器的选择由于负载功率不大,变压器的功率可不做过多考虑,选5w左右即可。
次级电压一般应在12V,即12?0.9(效率)=10.8V。
最小应在8V,即8?0.9(效率)=7.2V。
(注:用桥式整流电路时有V出=0.9V入)(d)二极管的选择整流电路选择效率较高的全波整流方式,二极管可选择1N400系列,其电压在100V~800V以上,电流为1A。
北京科技大学机械工程学院研究生指导教师信息

北京科技大学机械工程学院硕士研究生指导教师信息序号姓名性别职称是否博导系所招生专业主要研究方向电子信箱联系电话20韩天男副教授机械装备与控制工程系机械工程机械系统动力学;设备振动监测与诊断;机械系统建模与仿真hantian@us6233272321郜志英女副教授机械装备与控制工程系机械工程复杂机械装备力学特性;机械系统动力学建模与仿真;机械系统的非线性动力学及控制gaozhiying@tb.e6233410622陈兵男副教授机械装备与控制工程系机械工程复杂机电装备系统动力学;装备振动、噪声检/监测与控制、人机环境系统建模与仿真bingchen9803@ustb.ed6233272323李洪波男副教授机械装备与控制工程系机械工程板带轧机力学行为与板形控制;轧制界面复杂力学行为、润滑机理与表面形貌控制lihongbo@.cn6233272324朱超甫男教授是机械电子工程系机械工程机电系统的监测与控制zhucf@m.cn62332916工程系与智能控制;无线传感器网络应用;先进检测技术与生产质量建模26徐金梧男教授是机械电子工程系机械工程故障诊断与智能控制;无线传感器网络应用;先进检测技术与生产质量建模27郗安民男教授是机械电子工程系机械工程机器人技术及其应用xianmin@.cn6233408228刘颖女教授机械电子工程系机械工程机器人技术及其应用liuy868@16233408229冯明男教授是机械电子工程系机械工程先进机电系统技术mingfeng@tb8237692830周晓敏女副教授机械电子工程系机械工程机电系统控制与仿真;智能控制及应用;电机控制及应用zhouxiaomin@.cn6233496331郑莉芳女副教授机械电子工程系机械工程先进机电系统技术;机械设备力学行为及寿命研究zhenglifang@.cn62334309工程系与智能控制;无线传感器网络应用;先进检测技术;生物医学信号分析ong@me. .c n33马祥华男副教授机械电子工程系机械工程光机电系统检测控制与仿真xianghua.ma@6233496334吕卫阳男副教授机械电子工程系机械工程机电控制及自动化;流体传动与控制lwy@ustb.e6233430935刘鸿飞男副教授机械电子工程系机械工程机器人技术及其应用ctstc@263.net6233408236黎敏女副教授机械电子工程系机械工程故障诊断与智能控制;先进检测技术;生产过程监控与质量建模limin@ustb6233232937黄效国男副教授机械电子工程系机械工程电液系统设计与控制huang.xg@6233430938巩宪锋男副教授机械电子工程系机械工程光机电系统检测控制与仿真xianfenggong@126.com6233496339贾志新男教授机械制造及自动化系机械工程数字化制造技术及装备;特种加工理论;技术与设备可靠性jiazhixin1997@163.com6233398740张锁梅女副教授机械制造及自动化系机械工程先进制造技术及装备;材料成型技术;装备及其自Zhangsuomei2006@1262332538动化41唐英女副教授机械制造及自动化系机械工程先进制造技术及理论;数控技术及设备;精密加工测量与控制;制造过程智能监控与诊断tangydl@public3.bta.n6233253842刘江男副教授机械制造及自动化系机械工程数字化制造技术及装备;CAD/CAPP/CAE/CAMliuj_69@126233253843刘北英男副教授机械制造及自动化系机械工程现代精密测量;控制技术与设备;机械设备的制造与自动化;生产线专用设备byliu@me.6233253844李疆女副教授机械制造及自动化系机械工程先进制造技术;微机电系统及其应用;表面/界面技术及其应用lijiang@ust62332538。
土木工程硕士研究生实践能力提升探索

土木工程硕士研究生实践能力提升探索作者:任娟娟邓世杰叶文龙来源:《教育教学论坛》2024年第02期[摘要]在新时代背景下,对高水平、多层次的人才的需求急剧增长。
目前,我国土木工程硕士研究生的培养模式仍然有所欠缺,特别是实践能力培养方面存在不足之处,导致研究生学习知识和解决实际问题之间存在差异。
因此,针对土木工程硕士研究生实践能力培养提升方案的探索具有一定的现实意义。
以理论和实践相结合为基本着力点,从计算实践教学、双语教学模式、多元协同建设出发,针对土木工程硕士研究生实践能力的提升进行了有益的探索,为高素质、高水平的人才培养改革提供了参考。
[关键词]硕士研究生;培养模式;实践教学[基金项目] 2021年度科学技术部国家重点研发计划青年科学家项目“高寒地区高速铁路无砟轨道混凝土损伤失效机理与耐久性设计方法”(2021YFF0502100);2020年度国家自然科学基金优秀青年科学基金项目“铁路轨道复杂力学行为研究”(52022085);2022年度国家自然科学基金面上项目“高寒铁路无砟轨道混凝土高低周疲劳作用机制与致损机理”(52278461);2022年度四川省科技计划项目“高速铁路无砟轨道设计与维护四川省青年科技创新研究团队”(2022JDTD0015)[作者简介]任娟娟(1983—),女,山西霍州人,工学博士,西南交通大学土木工程学院教授,博士生导师,主要从事高速铁路无砟轨道结构设计与损伤机理研究。
[中图分类号] G643.2 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324(2024)02-0021-04 [收稿日期] 2022-11-26一、我国研究生培养现状概述基于新时代的大背景,课程改革与建设工作是保证教学效果的核心内容,也是高校教学重难点改革的重要部分[1-2]。
一方面,由于研究生招生人数日益递增,导致研究生培养规模不断扩大;另一方面,由于高校教学资源的不充分、不均衡,导致各专业、各方向培养水准差别较大[3]。
北科大毕业论文

北科大毕业论文北科大毕业论文北科大,全称北京科技大学,是中国一所知名的高等学府,以其严谨的学风和卓越的教学质量而闻名于世。
每年,数以千计的学子在这里度过了四年的大学生活,并在毕业季迎来了他们的毕业论文。
毕业论文是对大学生四年学习成果的总结和展示,它不仅是一张学位证书的重要组成部分,更是学子们进入社会的敲门砖。
一、论文选题的重要性论文选题是整个毕业论文写作过程的起点,也是最为重要的一步。
一个好的选题能够为整个论文的顺利进行奠定基础,而一个不恰当的选题则可能导致论文的失败。
因此,学生在选择论文选题时需要慎重考虑。
首先,学生应该选择一个自己感兴趣的话题。
只有对论文选题感兴趣,学生才能够在写作过程中保持积极的态度,投入更多的精力和时间,从而取得更好的成果。
其次,学生应该选择一个有研究价值的话题。
论文的意义在于对某一领域的问题进行深入研究和探索,因此,选题应该有一定的学术价值。
学生可以通过查阅相关文献和资料,了解当前研究的热点和前沿,选择一个有一定创新性和研究价值的话题。
最后,学生应该选择一个可行的话题。
在选择论文选题时,学生需要考虑到自己的能力和资源,确保能够完成论文的写作和研究工作。
一个过于庞大或过于复杂的选题可能会超出学生的能力范围,导致论文的失败。
二、论文写作的基本要素论文写作是一项复杂而繁琐的工作,需要学生具备一定的写作技巧和方法。
以下是论文写作的基本要素:1. 研究方法:学生在进行论文研究时,需要选择合适的研究方法。
研究方法包括实证研究、文献综述、案例分析等,学生需要根据自己的选题和研究目的选择合适的方法。
2. 文献综述:在论文写作过程中,学生需要对相关的文献进行综述。
文献综述是对已有研究成果的总结和评价,可以帮助学生了解当前研究的进展和不足之处,从而为自己的研究提供依据。
3. 数据分析:对于一些实证研究的论文,学生需要进行数据收集和分析。
数据分析是对收集到的数据进行整理、统计和解释的过程,可以帮助学生验证研究假设和得出结论。
北京科技大学本科生毕业设计论文正文模板

北京科技大学本科生毕业设计(论文)摘要字数约为 500~600 字,一般不超过 800 字。
论文摘要是论文内容不加注释和评论的简短陈述。
摘要的编写应遵循以下原则:( 1)摘要应具有独立性和自含性,即不阅读论文的全文,就能获得必要的信息。
摘要是学位论文的缩影,是学位论文的主要内容、见解、结论简短明了的缩写。
( 2)摘要中要有数据、有结论,是一片完整的短文,可以独立使用,也可以引用。
( 3)摘要内容应尽可能包括原论文的主要信息,供读者确定有无必要阅读全文,也供文摘汇编等二次文献采用。
(4)摘要一般应说明研究工作的目的、意义、研究方法、研究结果、主要结论及意义、创造性成果和新见解,而重点是研究结果和结论。
( 5)要用文字表达,不要附图和照片,除了实在无变通办法可用以外,摘要中不用图、表、化学结构式、非公知公用的符号和术语,不要使用表格、公式、上下标以及其他特殊符号,要突出重点,阐述清楚,少用数据表。
论文摘要的内容应包括:研究工作的目的和意义。
表达力求简洁、准确。
关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来、用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。
如有可能,应尽量用《汉语主题词表》等词表提供的规范词。
不用此信息时,删除此框。
关键词:(自定义中文关键词 3~5 个)论文英文题目Abstract[ 内容应当与中文摘要相同 ]Key Words:(英文关键词 3~5 个,内容应与中文摘要相同)目录摘要 (1)Abstract (2)插图或附表清单 (1)注释说明清单 (2)引言 (3)1[1 级标题 ] (4)1.1[2 级标题] (4)1.1.1[3 级标题] (4)1.2[2 级标题] (4)1.2.1[3 级标题] (4)2 政府购买服务的由来与演进 (5)2.1 政府购买服务的由来 (5)2.1.1[3 级标题] (5)3[1 级标题 ] (8)3.1[2 级标题] (8)3.1.1[3 级标题] (8)4[1 级标题 ] (9)4.1[2 级标题] (9)4.1.1[3 级标题] (9)结论 (10)参考文献 (11)附录 (12)在学取得成果 (13)致谢 (14)插图或附表清单(此页并非必要,不需要时请删除此页。
基于神经网络的冷轧带钢表面缺陷识别方法研究

Abstract..................................................................................................................................... 2 引 言 .................................................................................................................................. 3
Key Words:Neural network, Surface defects, Pattern recognition, Cold-rolled steel strips
-2-
北京科技大学硕士学位论文
目
摘
录
要 .................................................................................................................................. 1
材料加工工程 专 业 名 称:_________________________ 2003 年03月15日
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
扫描电化学显微镜李波1,2)1)北京科技大机电学院, 北京100083李波, E-mail:burtleebk@摘要简要地回顾了扫描电化学显微镜技术的发展历史,介绍了扫描电化学显微镜仪器及其工作原理,详细概述了扫描电化学显微镜技术的工作模式等方面的研究进展,对其发展前景做了一些展望。
主要包括:(1)SECM 的发展历史;(2)SECM 实验装置及工作原理;(3)最近几年提出的SECM 工作模式。
.关键词扫描电化学显微镜技术; SECM; 工作原理;工作原理分类号TD 1231引言为实现对单原子、单分子等微体系的分析、成像及其观测的研究,传统的低分辨率的分析仪器(如光学显微镜等)已不能满足需要,科研工作者发明了一系列高分辨率的扫描显微镜来解决上述问题。
尤其是基于测量电化学物质氧化还原产生电流的扫面电化学显微镜(SECM),它不仅可以给出样品表面的微观形貌,也可以提供丰富的化学信息,其可观察表面的范围也大得多。
自从第一台扫描电化学显微镜问世以来,扫描电化学显微镜技术在生命科学、材料科学、界面化学等研究领域得到了广泛的应用,取得了可喜的成果。
为实现对单原子、单分子等微体系的分析、成像及其观测的研究,传统的低分辨率的分析仪器(如光学显微镜等)已不能满足需要,科研工作者发明了一系列高分辨率的扫描显微镜来解决上述问题。
尤其是基于测量电化学物质氧化还原产生电流的扫面电化学显微镜(SECM),它不仅可以给出样品表面的微观形貌,也可以提供丰富的化学信息,其可观察表面的范围也大得多。
自从第一台扫描电化学显微镜问世以来,扫描电化学显微镜技术在生命科学、材料科学、界面化学等研究领域得到了广泛的应用,取得了可喜的成果。
1.1发展背景1665 年,英国科学家Robert Hooke 发明了第一台光学显微镜,并用其观察软木塞细胞,从此是科研工作进入了显微镜时代。
后来,荷兰科学家Leewenheek增加了载物台、照明系统、粗调焦和微调焦组件对其进行改进,这些部件进孤傲不端的改进,成为现代光学显微镜的基本组成部分。
经过几个世纪的不断发展,光学显微镜的分辨率已达到极限分辨率200 nm[1]。
要高提高分辨率,就必须减小波长或增加数值孔径。
1932 年,德国柏林工科大学高压实验室的M. Knoll和E. Ruska研制成功了第1 台实验室电子显微镜1981 年在IBM 位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室,格尔德·宾宁(G. Binning)及海因里希·罗雷尔(H. Rohrer)基于量子隧道效应产生隧道电流的原理发明了扫描隧道显微镜(STM)。
1984年,Engstrom把生理学上的离子电渗技术引入化学领域,研究了固体电极表面微区电化学活性,达到10 μm 的分辨率。
1.2原理概述扫描电化学显微镜(SECM)是一种分辨率介于普通光学显微镜与扫描隧道显微镜之间的电化学现场检测新技术,该技术通过超微电极(探针)靠近基底或在靠近基底的区域内移动是产生的电流信号来研究体系电化学性质及基底形貌。
由于其具有极高的空间分辨率,操作简单,测试样品更接近实际应用情况等特点,操作化学灵敏性,可以用于研究探针与基底(基底可以是金属、修饰膜界面、半导体、导电聚合物膜、含有氧化还原物质的溶液以及固定化酶等)上的异相反应动力学过程和探针与基底之间本体溶液的均相反应动力学过程;可以通过探针接收到的基底反馈电流信号来绘制基底的表面形貌,区分其电化学不均匀性,分辨表面为;可施加电流于探针与基底之间进行微区加工以及电沉积和电腐蚀科学中的表面反应过程基础研究;还可用于光合作用过程、酶稳定性研究、生物大分子的电化学反应特性等复杂生化过程的研究。
2实验装置及工作原理2.1实验装置SECM 的主要装置[30]包括电解池(包括探针,基底、对电极和参比电极)、双恒电位仪、压电控制仪、压电位置仪和计算机(图1-1)。
在实验过程中,电解池固定于操作台上,基底固定在电解池的底部,基底可以是各种材料的电极,也可以是固定有生物物质和细胞的绝缘基底,有时基底也作为第二工作电极。
通常情况下,饱和甘汞电极或Ag/AgCl 电极作为参比电极,铂电极作为对电极,探针电极作为工作电极。
根据实验的需要,可以选用不同的微电极作为探针电极,如超微圆盘电极、碳纤维电极、微管电极等。
探针电极的质量好坏严重影响着SECM的分辨率和实验的重现性,因而每次实验前需对其进行相应的处理,以获得性能良好的微探针电极。
探针与基底电极的电位或电流是由双恒电位仪控制,它同时集成了数字信号发生器和高分辨数据采集系统。
两个工作电极的电位可单独控制,也允许同步扫描或阶跃。
采样系统在1000 Hz 的采样速率下,可达二十位的分辨。
压电位置仪和压电控制仪是控制探针位置的装置,它是通过超精密定位技术实现对探针的三维空间微位移的精准控制,可允许探针在X、Y、Z 三个方向移动25 mm 的距离并达到一个纳米的空间分辨率。
在进行探针扫描曲线实验时,它可控制探针沿X,Y 方向扫描;当进行探针逼近曲线实验时,它可控制探针沿Z 方向移动,探头和第二工作电极的电位可以独立控制并分别测量两个通道的电流。
当电流达到某一设定值时,探针就会停止扫描。
探头逼近表面是采用PID 控制,可以自动调节移动步长使得快速逼近但有避免探头碰撞样品表面,这样可以减少探针的损坏几率。
仪器的操作和实验数据的采集、分析都通过与仪器相连的计算机上的控制软件来完成。
这一仪器装置除了进行SECM 成像,扫描曲线和逼近曲线外,还可以进行其他常规电化学测量。
图1SECM装置示意图2.2 工作原理SECM 是一种工作原理与其他扫描探针显微镜截然不同的扫描探针新技术,它是是以电化学原理为基础,测量的是探针上通过电化学反应产生的电流,其大小受界面电子转移动力学过程和溶液中传质过程控制。
通过对测得的法拉第电流来研究基底形貌或基底反应过程动力学参数等信息。
一个常规的 SECM 实验通常是在三电极(工作电极为超微电极,对电极为柱状铂电极,参比电极为饱和甘汞电极或饱和 Ag/AgCl 电极)或四电极体系(工作电极为超微电极,基底电极为金电极或样品覆盖的电极,对电极为柱状铂电极,参比电极为饱和甘汞电极或饱和 Ag/AgCl 电极)模式下进行的 SECM 探针电极插入含有电活性中介体(如:还原性电活性物质,R )和支持电解质的溶液中,样品固定在基底上,在探头上施加足够正的电位,物质 R 在探针电极上发生受 R 向探针电极表面扩散控制的氧化反应(1)。
当探针电极离基底很远(探针基底距大于探针直径的几倍)时(见图 1-2A ), 探头上的稳态扩散电流 ∞,T i ,可由公式(2)计算:O ne -R -→ (1)a FDc 0T n 4i =∞, (2)式中 n 为反应(1)的电子转移数,F 为法拉第常数,D 为电活性物质 R 的扩散 系数,0c 为电活性物质 R 的本体浓度,a 为探针电极的半径,∞表示探头与基底间距离很大。
该公式是根据超微圆盘电极由 Saito 等人[2]于 1968 年推导得出的,更多的关于其他形状的探针电极稳态电流公式将在下一小节进行讨论。
当探针电极不断靠近基底时,探针上的电流T i 将随基底性质的不同以及探针基底距的变化而发生改变。
若基底是导体(图 1-2B ),反应(1)产生的氧化产物 O 在基底上发生还原反应(3)再生成 R ,物质 R 扩散至探头继续进行反应(1),随着探针图2 SCEM 原理图向基底的逼近,探针的电流随探针基底距的减小而增大(即 T i >∞,T i ),出现“正反馈”(positive feedback)现象。
反之,若基底是绝缘体,探针电极上反应产生的物质 O 不能在其表面发生反应(3),随着探针向基底的逼近,阻碍了本体溶液中物质 R 向探针电极表面的扩散,因而探针电流随着距离的减小而减小(即 T i <∞,T i ),这种现象称之为“负反馈”(negative feedback)(图 1-2C )。
氧化性物质 O 在基底上被还原的速率决定了探针电极电流变化的程度,通过记录探针电极电流(iT )随着探针基底距(d )变化获得的渐进曲线(approach curve),可以获得有关基底本质方面和反应的动力学过程的信息。
这两种简单的反馈原理奠定了扫描电化学显微镜工作原理的基础。
2.3 SECM 的工作模式SECM 是一种以电化学原理为基础的扫描探针新技术,广泛应用于基底形貌和固液、液液界面的电化学性质等方面的研究。
随着 SECM 技术应用范围的不断扩大,SECM 的工作模式也随之增加,并不断完善。
目前,SECM 的工作模式主要包括以下几种:反馈模式(FB )、探针产生/基底收集模式(TG/GC )、基底产生/探针收集模式(SG/TC )、穿透模式、离子转移反馈模式、平衡扰动模式、电位测定模式、微试剂模式、恒电流模式、恒高模式、恒距离模式、反向成像模式、氧化还原竞争模式、直接模式、垂直逼近模式、表面检测模式等。
图3 两种典型的模式示意图这里只介绍涉及到的两种模式。
在恒高模式(图 1-3A )中,探针电极距离始终保持一个恒定的值(一般设置为探针电极的直径),探针沿着 X-Y 平面扫描,记录不同位置的探针电流,经过简单的处理可以获得样品表面成像及其他相关的化学信息。
该模式常用于酶活性、修饰基底、腐蚀过程以及表面催化过程等相关体系的研究。
Lu 等人[3]利用该模式对金电极表面形成巯基卟啉自组装膜的过程进行了成像研究,获得了组装过程中膜结构的变化信息。
值得注意的是,如果在成像过程中探针电极的初始高度设置不当,基底的电活性不均匀或者将得不到清晰且信息全面的图像,或者损坏探针和研究样品。
因此在实验之前,结合渐进曲线设定一个较为合理的探针基底距显得至关重要。
与前一种工作模式相近,但有不同的是恒距离模式[4](图1-3B),该模式中始终保持探针电极到样品之间的距离保持不便,探针的高度随着测量样品的电化学性质的不均而发生相应的变化,避免了用恒高模式研究过程的样品表面信息的丢失,又不损坏探针和样品。
它是一种无损操作模式,通常用于单细胞成像或酶活性成像等研究。
Oyamatsu 等人[4]利用该模式对固定有硫辛酰胺脱氢酶的金阵列电极进行了成像研究,结果表明,探针经过固定化酶区域时,由于酶催化反应使溶液中的中介体分子在生,响应电流信号增加;但当探针移动到非活性区域时,因探针阻碍了溶液中的中介体分子扩散导致响应电流信号减弱,这一成像方法为生物材料及活细胞的研究提供了有效的方法。
3总结随着SECM 技术飞速发展,人们已经将注意力从简单的模型实验推广到更为复杂体系诸如细胞生物学、表面科学、腐蚀科学、分子仿生学等领域的研究。