膠體顆粒絮凝對水環境、污水處理以及水生態等方面起著重要作用,多種物理、化學和生物過程影響膠體顆粒的絮凝過程,顯著改變了其運移和沉積過程以及其吸附物質輸移方式,因而膠體顆粒絮凝過程已成為地理、生物、化學、水利、環境等學科共同關注的問題。

膠體顆粒絮凝機理的解釋一直沿用膠體穩定性理論即DLVO理論,通過顆粒表面物理化學作用來解釋顆粒發生粘結的機制,并認為Van der Waals分子吸引力和顆粒表面靜電排斥力的共同作用是使顆粒能夠彼此粘結在一起的重要原因。隨后,在DLVO理論的基礎上提出了擴展的DLVO理論(XDLVO),增加了A-B(acid-base)作用力,可以更精確地描述膠體顆粒的穩定性。膠體化學穩定性理論只是針對平板、球體及圓柱體間相互作用力的描述,并沒有考慮不規則形狀及附著有機裹層的膠體顆粒間的作用力。

在實際環境中,膠體顆粒表面會附著有機質裹層,有機裹層的存在改變了泥沙顆粒表面電化學性質。因此,膠體顆粒間能量傳遞受到吸附有機分子間相互作用力的影響,而不僅僅是基本顆粒間作用的影響。這樣就需要通過實驗直接測量出含有機裹層的膠體顆粒間相互作用力。目前國內很多學者使用原子力顯微鏡(atomicforce microscope,AFM)探測顆粒表面結構以及進行相關力學研究。

利用AFM可獲得穩定、高分辨樣品表面形貌圖像,如利用AFM得到淀粉顆粒表面和內部的精細結構,利用AFM的針尖與磷脂雙層膜接觸,進而研究磷脂雙層膜的性質。李靜楠等基于AFM接觸模式,使用橫向力模式和Nano Man兩種方法側向推動納米顆粒,運用側向力掃描方法測出單個納米顆粒與基底表面的摩擦力。陳茜等將DNA、蛋白質等生物大分子的兩端分別固定于AFM針尖和基底,進行“單分子拉伸試驗”,研究生物分子間的相互作用。然而,國內尚未進行電解質溶液環境條件下膠體顆粒間相互作用力的測量研究。

在AFM測量顆粒間相互作用力過程中關鍵步驟是探針制備,目前較為流行的是膠體探針制備技術。膠體探針技術使用一個微米尺寸的顆粒粘接到原子力顯微鏡的探針懸臂末端作為傳感器,主要用于膠體界面間相互作用力的研究。膠體探針技術也可用來測量兩個顆粒間相互作用力,Jiang等將二氧化硅微球粘在三角形懸臂梁的末端,測量二氧化硅微球與白云母間的相互作用力,Ruiz-Cabello等采用該技術測出電解質溶液中的兩個微米量級的latex顆粒(聚苯乙烯顆粒)之間的相互作用力,并與DLVO理論推導結果進行比較,進而對傳統公式加以改進研究。他們采用的測量方法具有參考價值,但只能測量表面有特定基團的latex顆粒。

基于膠體探針技術,在液相環境中采用AFM測量聚苯乙烯顆粒膠體顆粒間相互作用力,將測量結果與膠體XDLVO理論值進行比較,為測量復雜表面形狀的顆粒(如高嶺石、蒙脫石和伊利石等)及附著生物膜的膠體顆粒間相互作用力奠定基礎。

蘇州飛時曼精密儀器有限公司成立于2013年，在2015年，公司獲得江蘇省高新技術企業認證，擁有自主知識產權30多項，研發的多款產品被評為高新技術產品，并通過CE、ISO9001、SGS認證。公司的核心研究方向為光、機、電、算一體化的微納米檢測設備、先進的醫療儀器。飛時曼作為國內自主品牌、蘇州飛時曼精密儀器有限公司，其主要產品有：原子力顯微鏡系列（多模式原子力顯微鏡 FM-Nanoview1000AFM、一體式原子力顯微鏡 FM-Nanoview6800AFM、拉曼原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewRa-AFM、光學原子力顯微鏡一體機 FM-NanoviewOp-AFM、教學型原子力顯微鏡 FM-Nanoview T-AFM、教學型掃描隧道顯微鏡 FM-NanoviewT-STM、工業型原子力顯微鏡 FM-NanoviewLS-AFM、拉曼光譜儀RM5000、拉曼光譜儀RM8000、拉曼光譜儀RM9000）。公司自主研發的原子力顯微鏡基本都具備輕敲模式，且作為國內自主研發生產的原子力顯微鏡廠家，只是選配與訂做。