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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。