扫描电化学显微镜控制及数据处理软件的研究

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扫描电化学显微镜(Scanning ElectroChemical Microscopy,简称SECM)是80年代末由A.J.Bard提出并迅速发展起来的一种新型扫描探针显微镜,弥补了扫描隧道显微镜不能提供电化学信息的不足,在化学、生物领域得到了广泛应用。SECM基于电化学原理工作,可测量微区内物质氧化或还原所给出的电化学电流,电流值经采集、数据处理后以图形图像等形式反映微区内电化学活性分布情况。CHI900扫描电化学显微镜自带的CHI900软件不能直接将扫描电流值转换为更直观的形式——三维图形,以前的做法是将得到的二维扫描图像导入Origin环境中实现三维图形的转换,但是该方法得到的三维图形效果不好(有网格存在),并且无法实现图形的截取。扫描过程中由于实验工作环境等因素的影响,得到的扫描曲线和图像常含有噪音,CHI900软件不能根据得到的实验曲线和图像的不同特点进行相应的处理。针对CHI900软件的上述缺点,本论文提出了改进,设计了一套上位机软件完成数据处理以及对SECM进行控制,其主要特点也是本文的创新点如下:(1)采用Matlab和Visual C++6.0(以下简称VC)混合编程。由于Matlab软件有强大的数据处理功能,在图形图像显示、处理方面实现起来简单、灵活,VC采用面向对象技术编程,提供良好的人机界面,执行速度快,因此本文将二者相结合,充分发挥二者的优势,采用Matlab和VC混合编程来设计上位机软件,代码简单,易于实现,提高了开发效率,图形图像处理效果较好。(2)实时将实验数据转换为三维图形。三维图形能更直观地反映被扫描基底的电化学活性分布,本文通过Matlab和VC混合编程能实时完成该转换,并且可以很方便地利用Matlab环境中的图形缩放、旋转等功能对三维图形进行优化。(3)采用小波变换等方法处理实验曲线和图像。由于小波变换具有良好的时频特性,已成为信号处理的强有力的工具,因此本文采用小波变换对实验曲线和扫描图像进行降噪处理,如果扫描的图像在实验过程中带有亮细节,则采用数学形态学和小波变换相结合进行图像降噪,有较好的降噪效果。本文设计的上位机软件利用VC构造良好的人机交互界面、实时采集实验数据、发送命令参数、接收应答信号等;采用VC调用Matlab引擎的方法进行图形图像的显示与处理。其不仅能对SECM实验进行有效实时控制,而且有较好的数据处理效果。
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