微纳金属3D打印技术应用：AFM测试探针材质是什么金属？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-12-07 15:18 标签： 测试探针材质是什么金属

 AFM前瞻性综述：基于3D纳米片和3D打印技术构建柔性全固态超级电容器！

 由于分层三维（3-D）纳米片独特的几何特征和电子结构，它们显示出优异的电子迁移率、超高比表面积和可靠的结构稳定性。因此，三维纳米片在电化学储能领域具有广阔的应用前景。超级电容器具有充放电速度快、循环寿命长、安全稳定等优点，近年来受到广泛关注。柔性化、小型化、智能化是超级电容储能装置的发展方向。新兴的三维打印技术，尤其是墨水直接写入（IDW）模式，极大地提高了器件微结构的设计能力和控制精度。基于我们或其他团队早期对三维石墨烯纳米片和三维MXene纳米片的研究进展，本综述论文提出利用先进的三维打印技术，利用具有高比电容的三维纳米片活性材料，实现柔性全固态超级电容器的设计。系统分析了用三维打印技术设计叉指电极、多层骨架电极和纤维电极的方法，以及柔性超级电容器的性能评价。本综述旨在为未来柔性全固态超级电容器的实际应用提供新的概念和理论指导，为三维打印构建材料的设计、制备和性能优化提供新的思路和理论指导。

 目前，人们对三维纳米片电极材料的设计和超级电容器的应用进行了无休止的评论。最近，还发表了几篇关于3-D打印技术在柔性超级电容器中应用的综述性著作。这些综述分别对三维电极和柔性器件的设计具有积极的指导意义。然而，关于柔性全固态超级电容器中的三维纳米片材料和三维打印技术的联合总结和展望尚不多见。在这篇综述文章中，我们讨论了通过三维打印技术（或一些非打印技术）从三维纳米片（用作微电极的活性砖）构建柔性全固态超级电容器的方法（本综述的概要见图1）。本文的主要内容包括：（1）介绍了三维纳米片材料的基本分类和制备方法，总结了高性能电极材料的一般设计原则；（2） 基于有针对性的设计案例，总结了三维石墨烯、三维MXene等三维纳米片的最新制备和应用进展；（3） 系统总结了基于三维打印技术（或其他技术）的三维纳米片的各种电极（微交叉电极、多层骨架电极、纤维状电极）的设计策略和全固态超级电容器的应用；（4） 最后，我们还讨论了基于三维纳米片的柔性全固态超级电容器的挑战和机遇，为三维纳米片电极材料和高电容柔性超级电容器的未来探索提供了一些启示。

Fig. 1 本综述的概要说明（插图经参考文献许可复制）

原子力显微镜(Atomic Force Microscopy，AFM) 是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。由于 AFM 独特的成像方式，使得它在科学研究工作中，如金属、半导体材料、微电子、物理、化学、生物、纳米材料、生命科学等众多科学领域中得到迅速的发展和应用。

自石墨烯的出现，二维材料体系研究因其独特的物理特性受到极大的关注。尤其近两年“魔角”石墨烯的超导能力，开辟了凝聚态物理的新领域，因此二维材料的电学性质表征显得尤为重要。在本次讲座中主要涉及到高分辨导电原子力、环境可控表面电势以及基于微波技术的最近扫描电容显微镜在二维材料等领域的一些电学性质新进展。欢迎您报名参加！

报名方式：点击文末阅读原文报名，席位有限先到先得

  • 听课链接将在会议开始前通过电话、短信和邮箱通知，请在报名时填写正确的信息。

2006年博士毕业于大连理工大学三束国家重点实验室，利用AFM, TEM, XRD等技术手段研究PVD制备的氧化物薄膜的生长机制。曾任安捷伦科技纳米测量部应用科学家，主要从事AFM的应用工作。现为牛津仪器的资深应用科学家，从事原子力显微镜的应用推广、测试方法的研究以及AFM相关的多系统耦合。

组织工程支架是组织工程中常见的细胞粘附载体，提供了细胞生长发育的脚手架。从临床修复角度看，理想的组织工程支架需要兼顾生物相容性和足够的机械强度。常见的壳聚糖等生物支架通常有很高的生物相容性，却没有足够的机械强度，而像聚乳酸类支架不亲水，强度足够，生物相容性又较弱。目前思路是在支架上修饰另一材料来改善支架的生物相容性，然而涂层修饰时引入其它材料又使得该支架走向临床存在很大难度。有没有可能通过纯物理结构的调整来大幅提升原有生物支架的生物相容性？近期，浙江大学贺永教授课题组设计了一种多尺度支架，其策略是通过支架中的粗纤维（100μm左右）网络提供足够的机械强度支撑，超细纤维（2-3μm）网络提供更易于细胞粘附的微环境以促进细胞粘附，增殖。课题组还开发了用于打印多尺度支架的多尺度3D打印系统（MSDWS），可实现同一个喷头打印3μm到600μm精度的生物支架。

我们阐述了多尺度组织工程支架为何能实现力学强度及生物相容性的兼顾（图1）。细胞在支架上的粘附生长，犹如一个人爬一颗大树一样，对于较粗的主干部分，人难以抱住，上升比较困难，而对于较细的支干部分，由于可以抱住整个枝干，人可以轻松地向上爬行。同样，细胞约在10微米尺寸，对其2-3微米直径的超细纤维可以轻松抓握及粘附，而对于100微米这样尺度的支架则无法轻松粘附，也就难以有很高的生物学性能。

Fig.1 多尺度组织工程支架设计思路

论文中提出制造一种既具备机械强（宏尺度纤维）又可以使细胞具有良好的生长微环境（微尺度纤维）供其进行粘附，增殖，分化等的多尺度支架。结合现有组织工程制造技术（熔融沉积成型技术和近场直写技术），研发了该宏微两尺度支架的生物3D打印机，该平台的主要特点是通过控制系统的协调响应，使得通过在同一平台同一个喷头可以制造出本课题提出的组织工程支架。通过探究宏微两尺度支架制造工艺，实现宏微尺度支架制造。最后，为了探究宏微两尺度支架的体外兼容性，使用骨髓间充质干细胞（BMSCs），对制得的支架进行了体外二维细胞和三维细胞培养实验，验证其在组织工程应用上的可行性和多功能性。

Fig.2 多尺度支架制造原理。（A）多尺度支架设计示意图。细丝提供机械强度，细丝提供细胞粘附的微环境；（B）MSDWS示意图；（C）多尺度支架打印；（D）多尺度支架细胞活动上的应用。

Fig.3 FDM和EHD打印工艺表征。（A）影响纤维丝径参数示意图，包括气压，温度，打印速度；（B）（I）FDM打印中，打印参数对丝径的影响；（II）通过调整速度，粗纤维丝径从180μm变化到330μm（C）（I）EHD打印中，打印参数对丝径的影响；（II）通过速度调整，细纤维丝径从2.48μm 变化到 18.3μm；（D）EHD打印的复杂结构，包括（I）蜘蛛网状，（II）花环状，（III）蜗牛壳状。

Fig.4 MSDWS制造的多尺度支架。（A）细纤维90°填充多尺度支架；（B）细纤维45°填充多尺度支架；（C）细纤维60°填充多尺度支架；（D）打印速度和粗纤维沉积距离对多尺度支架的影响；（E）多层多尺度支架。

Fig.5 不同纤维支架机械强度表征。（A）不同纤维支架的代表性拉伸应力/应变曲线；（B）不同纤维支架的拉伸模量；（C）不同纤维支架的代表性压缩应力/应变曲线；（D）不同纤维支架的压缩强度。

Fig.6 多尺度支架生物相容性分析。（A）多尺度支架BMSCs种植和培养示意图；（B）多尺度支架和宏尺度支架细胞粘附对比图；（C）多尺度支架和宏尺度支架细胞增殖对比图；（D）第1,3,5和7天，多尺度支架细胞形态改变和相互作用；（E）细胞迁移到粗纤维上并覆盖多尺度支架所有纤维。

Fig.7 基于协同增强效应，包裹GelMA水凝胶的支架3D细胞培养。（A）BMSCs种植和培养示意图；（B）第一天BMSCs活死染色荧光图表明其圆形形态；（C）第七天细胞骨架图表明其伸展；（D）细胞荧光骨架染色图表明BMSCs迁移至细丝上。

SEM，共聚焦和力学测试等相关测试及评价均在苏州智能制造研究院测试中心进行。研究工作获得了国家自然科学基金、国家自然科学基金创新研究小组基金与中国博后科学基金的资助，特此表示感谢。

我要回帖

更多关于 测试探针材质是什么金属 的文章

 

随机推荐