原子力显微镜测量边界滑移不确定度分析

发布时间：2020-03-26 20:14

【摘要】：流体动力学公式中的边界条件,即液体流动的边界状态在微纳米尺度下的作用不可忽视。近十几年来,测量边界滑移的手段层出不穷,其中原子力显微镜测量法由于其纳米级的敏感度成为了众多方法中被认为“最准确”的一种测量方法。然而,包括原子力显微镜测量法在内的众多测量方法中,始终缺乏对其测量结果的不确定度的全面评估。本文利用原子力显微镜研究了在光滑表面上的边界滑移测量,在前人大量实验的基础上总结了测量滑移的过程以及后续的数据处理方法,通过整个测量边界滑移流程中各影响因素的分析,应用贝塞尔法提出相应的不确定度评估方法,经过一系列光滑亲水表面上的滑移测量实验对滑移影响因素的验证及不确定度分量的计算分析,建立了一套运用原子力显微镜测量边界滑移不确定度的评价体系。本文概述了目前测量边界滑移的多种方法,分析了原子力显微镜测滑移的优势,并总结了会对滑移测量结果产生影响的各类因素。在此基础上提出了测量边界滑移具有参考价值的流程,包括实验步骤,数据处理过程和可能的干扰因素及其消除方法,并明确了该流程的适用范围和条件,为后续不确定度的评估打好基础,也为边界滑移实验提供了相关研究性参考。研究了滑移数据处理过程中产生不确定度的来源,从力曲线零点位置、静电力、斯托克斯力及探针弹性系数引入的偏差这几个方面分析了测量过程对滑移结果的误差影响情况,并获得了各不确定度分量的传递模型。随后从数据处理、测量仪器、环境条件三个方面提出了测量滑移不确定度的评价方法。进行了光滑亲水表面滑移测量的实验,收集了大量关于边界滑移误差的数据,用双速法处理数据后验证了静电力与滑移的关系。分析提出了环境波动的影响及处理方法,并分析计算了斯托克斯力和零点位置处理的标准不确定度及其传递关系。
【图文】：

原理图,接触模式,测量法,原理图

略了这些影响因素，带来了测量结干扰与偏差，并建立消除它们影响量方法，讨论其适用范围，为边界型及其适用范围量力学量的精密仪器，其原理是通梁上因受力而发生的变形量（挠度数据是仪器本身的电压信号。在此可以满足于大多数的测量情况。针法是用来测量流体阻力的常用方的表面样本的相对运动来间接测量间产生一种梯度压力，进而使二者轴方向，即与相对运动相垂直的方

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图 2-2 胶体探针制备原理图 AFM 扫描模式使用原子力显微镜测量前，总是会事先考虑使用何种测量模式，式适用于不同的情况。于本文的实验研究在光滑亲水表面上测量边界滑移，所以对于测长度来说，其量级会非常小，几乎为几个纳米。在这种情况下，M 的动态测量模式，虽然说对样本的形貌破坏几乎为零，但会由影响，使结果产生较多不可预期的误差。以选用接触模式进行本实验的研究显得更加适合。量边界滑移数据处理流程实验所得的数据，根据公式（2-1），主要研究对象是作用在胶体探与分离距离的关系，并且为了更加直观地研究边界滑移，，如公式探针所受流体力与固液界面边界滑移条件之间的简化关系，与分离距离成线性关系。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH742

【参考文献】