基于扫描探针显微术的超滤膜表征方法研究

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2、；：＞作者姓名’．’４Ｈｂ啦扛心ｌ＾Ｓｔｍ＾ｓ｜ｒ指导教师；ｍｓＩＳ＇：－Ｂｕ＾ｒ．天津大学硏究生院若ｒ２０１５年４月，子：：－巧＇＇．ｉｒ＼蒙．独创性声明‘本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加标注和致谢么处外，论文中不包含其他人已经发表或撰与过的研巧成果，也不包含为获得天津大学或其化教育机构的学仿或证一书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均己在

3、论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名；＾签字日期：年／月／日］学位论文版权使用授权杳本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可将学位论义的全部或部分巧容编入有关敬据鹿讲斤捻索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：＾导师签名：均與詞＾扣＇少ｆ签字日期：ＪＯ年月日片签字日期；年月日

4、（６天津大学博士学位论文基于扫描探针显微术的超滤膜表征方法研究Thestudyonthemethodofultrafiltrationmembranecharacterizationbasedonscanningprobemicroscopy一级学科：仪器科学与技术学科专业：仪器科学与技术作者姓名：刘昀强指导教师：傅星教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年四月中文摘要超滤作为典型的膜分离技术在环保、医疗、食品、生物和污水处理等领域具有重要的应用价值，超滤膜是其中的关键器件。超滤膜的表

5、面形貌和抗污性是直接影响分离效率和使用寿命的两个重要指标。本文针对实际应用需求，结合扫描探针显微镜（SPM）技术，在真空和大气环境下对超滤膜的表面形貌和抗污性的表征机理和方法进行了系统研究，提出了解决现有表征技术存在问题的多种思路和方法。这对于超滤膜的研制、生产和加工具有重要的指导意义。论文的主要工作和创新点包括：1.研究和探索了超滤膜表征理论和方法，提出了基于超高真空扫描隧道显微镜的超滤膜表面形貌表征方法和基于大气环境下原子力显微镜的超滤膜抗污性表征方法，并就实验结果对影响抗污性的多种因素进行

6、了对比和分析。2.研究了适用于超滤膜特性表征的超高真空扫描隧道显微镜系统，设计了新型隧道电流提取电路和反馈控制电路，提高了隧道电流的采样准确度，设计了测头部分、样品加持装置和弹簧─阻尼隔振系统的机械结构，编写了实时数据采集和图像处理软件，最终实现了超滤膜形貌信息的拾取。实验研究了超高真空环境下超滤膜表面形貌的表征方法。3.提出了修饰不同蛋白的AFM探针弹性系数的可溯源标定方法，测量了蛋白和超滤膜之间的黏附力。评价了污染物与超滤膜之间粘附力的影响。实验研究了适用于超滤膜抗污性表征的二维力曲线测量方

7、法。4.建立了探针谐振频率的变化量与所受作用力之间的数学模型，提出了超声原子力显微镜（UAFM）同时测量表面形貌和作用力的表征方法。提出了静电力显微镜（EFM）同时测量超滤膜的表面形貌、弹性模量和表面静电场分布的表征方法。这些方法为更好地研究抗污性多种因素之间的关系，以及对超滤膜的制备和应用提供了有价值的参考。5.提出了AFM与STM相结合同时测量样品形貌、弹性模量和样品表面电子态分布的表征方法。将新型隧道电流提取电路与AFM系统相结合，利用AFM二次抬举扫描模式实现了AFM扫描状态下隧道电流的

8、采集，实验研究了导电样品表面形貌和电子态分布之间的关系。关键词：超滤膜；表面形貌；抗污性；SPM；超高真空；蛋白；黏附力AbstractUltrafiltrationseparation，asatypicaltechnologyofmembraneseparation,haswideapplicationsinfieldssuchasenvironmentalprotection,medicaltreatment,foodindustry,wastewatertreatment,etal.Ult