通过原子力显微镜动力学分析提取样品弹性性质 | |
Alternative Title | Determining the Elastic Properties of the Sample by Dynamic Analysis of Atomic Force Microscope |
赵海盛 | |
Thesis Advisor | 张吟 |
2014 | |
Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
Place of Conferral | 北京 |
Subtype | 硕士 |
Degree Discipline | 固体力学 |
Abstract | 近年来,随着生命科学的迅速发展,原子力显微镜 (Atomic Force Microscope, AFM) 逐渐成为研究生物组织或细胞表面结构及性质的重要工具,且在这方面取得了重大进展。然而,对表面下结构的成像仍是巨大的挑战,而这无论在医学领域还是新能源领域都有巨大的应用前景。另外,对于生物组织或细胞,其弹性性质往往是不均匀的,即随压入深度的增加而变化,准确地提取其变化的弹性性质也是一大挑战。本文工作即在此背景下开展,通过理论分析和数值计算联合展开研究。 理论上建立了薄膜-基底系统在球形压头作用下的力-位移关系,并通过与Hertz接触模型、Dimitriadis的修正关系以及有限元模拟结果相比较,证实了我们所建立关系的准确性。与前人不同的是,我们不仅考虑了薄膜厚度的有限性,而且考虑了基底的可变形性,即此力-位移关系中同时包含薄膜和基底的弹性性质,这为薄膜和基底弹性模量的提取提供了可能。 通过AFM动力学分析提取薄膜和基底的弹性模量。首先建立了AFM微悬臂梁-薄膜-基底系统的动力学方程,然后通过谐波分析得到其弹性模量。 AFM中变截面梁的多谐波分析。对于弹性性质随压入深度而变化的样品,为了提高二阶谐波的灵敏度,本文提出了一种变截面微悬臂梁模型,该模型可以更准确地提取样品弹性性质的非线性项。然后建立了AFM微悬臂梁与样品相互作用的动力学方程,最终得到AFM动态响应与样品弹性常数之间的关系。如果已知AFM动态响应,便可通过此关系反推样品的弹性性质。 |
Call Number | 31121 |
Language | 中文 |
Document Type | 学位论文 |
Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48960 |
Collection | 非线性力学国家重点实验室 |
Recommended Citation GB/T 7714 | 赵海盛. 通过原子力显微镜动力学分析提取样品弹性性质[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014. |
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