基于表面力儀的水合力的測(cè)量與理論分析.pdf

1、在納米尺度下，由于尺度效應(yīng)和表面效應(yīng)的影響，材料將會(huì)顯現(xiàn)出與宏觀條件下完全不同的特性和現(xiàn)象，所顯示的規(guī)律已不再遵循宏觀的模型。想要了解在納米尺度下的材料特性，建立及運(yùn)用精確的測(cè)量技術(shù)與系統(tǒng)，即成為不可或缺的一環(huán)。表面力儀（SFA）是用來測(cè)量微小表面間微小作用力的一種儀器。經(jīng)過多年的發(fā)展，表面力儀已經(jīng)成為納米科學(xué)領(lǐng)域重要的研究工具之一，適用于膠體及界面科學(xué)、納米摩擦學(xué)等研究的領(lǐng)域。
　　 本文主要是以介紹表面力儀的構(gòu)造及其在距離控

2、制過程中的力學(xué)原理和形成等色序干涉條紋的光學(xué)原理為主。表面力儀主要構(gòu)件有一個(gè)不銹鋼主平臺(tái)和懸臂彈簧，通過手動(dòng)的差示測(cè)微計(jì)和變速的反轉(zhuǎn)直流電機(jī)可以進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào)，調(diào)整上下表面的移動(dòng)。然后將解理后的云母片，背面鍍上銀層，然后貼到透明的玻璃圓柱型硅石上，樣品準(zhǔn)備好后把它固定在表面力儀上，其中下面的圓柱型硅石固定器與精密的測(cè)力彈簧片相連。當(dāng)兩個(gè)樣品表面間距離接近到一定的程度時(shí)，將會(huì)引起彈簧片的變形，表明有作用力出現(xiàn)。一般來講，在不同實(shí)驗(yàn)中可以使

3、用不同的彈簧片，這樣可以得到完整的力-位移曲線。
　　 傳統(tǒng)的DLVO理論認(rèn)為，隨著兩表面距離的不斷接近，彼此間的范德華引力越來越強(qiáng)，使得兩表面由于相互吸引而接觸。在本論文的實(shí)驗(yàn)中，向表面力儀中加入了0.1M的氯化鈉溶液，進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)除了靜電力和范德華力外，還存在一種短程斥力，這種力也稱為“水合力”，它的主要特點(diǎn)是作用范圍在5nm內(nèi)，屬于短程范圍，會(huì)阻止兩云母片的相互接觸。目前所測(cè)得短程斥力不能用傳統(tǒng)的DLVO理論來解釋