原子力显微镜(Atomic Force Microscope, 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。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。 原子力显微镜主要由带针尖的微悬臂，微悬臂运动检测装置，监控其运动的反馈回路，使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件，计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获得表面原子级分辨图像，一般情况下分辨率也在纳米级水平。AFM 测量对样品无特殊要求，可测量固体表面、吸附体系等。

项目简介 原子力显微镜(Atomic Force Microscope, 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。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。原子力显微镜主要由带针尖的微悬臂，微悬臂运动检测装置，监控其运动的反馈回路，使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件，计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获得表面原子级分辨图像，一般情况下分辨率也在纳米级水平。AFM 测量对样品无特殊要求，可测量固体表面、吸附体系等。a 传统的商业CAFM 针尖图  b 覆盖有石墨烯层的CAFM 针尖应用范围原子力显微镜(AFM) 在许多基础研究领域中得到广泛使用，是超微观察工具，特别是对于不具有导电性的生物样品和有机材料等，AFM 同样可以提供较高分辨率的表面形貌图像。同时，AFM 还具有操纵和改造原子、分子世界的手段。原子力显微镜为了避免加宽效应，一般通过电子束加工针尖使其曲率半径达到几个纳米，来提高图像的分辨率和准确度。但仍然存在着一些局限性，例如：针尖性质的变化很大，获得高分辨率的图像变得很难。另外，针尖扫描时的磨损对分辨率也有影响。AFM 能获得原子分辨率，主要是因为在其针尖的表面存在着原子级的突起，构成了与样品的实际接触。但是这些突起的尺寸形状和化学组成是未知的，而且在实验中经常发生改变，因此获得可信赖的针尖是成像过程中获得高分辨率的关键。不同的针尖适用于AFM 不同的应用领域。导电原子力显微镜（CAFM）采用固体金属作AFM 的针尖，对材料进行纳米尺度的电学表征依然存在着同样的困扰。 项目阶段北京大学工学院研究团队利用单层石墨烯包覆CAFM 金属针尖，发现石墨烯包覆的针尖保留了包覆前针尖的形状，并且包覆的针尖能承受非常高的电流和摩擦力。新型针尖具有稳定、耐磨、寿命长、图像失真度低等优点，很好的解决了现有AFM 针尖中存在的问题，提高了AFM 的仪器性能。知识产权该项研究已经申请了欧洲专利，纳米技术设备领域的诸多公司表现出了对该项研究成果的强烈兴趣。合作方式 技术转让、合作开发、技术入股。

研究团队利用一团冷原子云在量子界面中演示了厄米性可调的动态分束器的干涉，在原子系综中实现了行进中的光波与定域的原子自旋波之间的直接干涉，构建了一种新的物理模型。该物理模型同时适用于所有类似结构的介质和光界面，为非厄米量子物理研究提供了一个新的平台。

通过实验技术和理论方法的双重突破，在国际上率先实现了对原子核量子态的精确描述，揭示了水的核量子效应，该成果发表于《科学》期刊；通过开发新型扫描探针技术，在国际上首次获得了单个钠离子水合物的原子级分辨图像。扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种空间分辨率可以达到原子量级的微观探测工具。 然而，受电流放大器带宽的局限，其时间分辨一般只能达到微秒量级（10-6 s），而很多微观动力学过程往往发生在皮秒（10-12 s）和飞秒（10-15 s）量级。  为了提高STM的时间分辨率，其中一种比较可行的办法是将超快激光的泵浦-探测（pump-probe）技术和STM相结合，利用超快光与电子隧穿过程的耦合来实现“飞秒-埃”尺度的极限探测。

研制出国内首台超快扫描隧道显微镜，实现飞秒级时间分辨和原子级空间分辨，并捕捉到金属氧化物表面单个极化子的非平衡动力学行为。该工作于5月19日发表在物理领域顶级期刊《物理评论快报》上，并被选为编辑推荐文章。

随着国家交通建设的日益发展，在山区修建高速公路越来越多，隧道开挖是山区修 建高速公路时常常会遇到的课题。实时监测对于保证隧道的安全施工具有十分重要的意 义。本系统可对海量极的现场监测数据进行建库管理，实现方便、快速、直观的图形断 面交互查询（包括三维交互式查询及二维图形断面二种模式），程序能够根据监测数据 进行智能预测并预警，并以一种全新的三维可视效果来表达隧道施工的安全级别，可为 隧道安全施工进行全程三维动态监控。 

本发明属于隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种基于探地雷达的盾构隧道沉降 控制方法。采用动态循环反馈方法进行盾构隧道沉降控制，具体步骤为：采用探地雷达 设备对盾构隧道壁后注浆进行全断面和纵向的探测，然后通过测定或估算得到注浆材料 介电常数，并将其应用于隧道壁后注浆层的模型试验探测、正演模拟结果及现场探测的 数据，提取特征图像和特征波，将其作为训练输入样本，利用小波神经网络自动识别方 法，得到隧道壁后注浆层分布形态；结合地表沉降监测数据进行分析。根据以上分析结 果确定下一步的施工控制措施，为了验证控制措施的效果需再一次进行现场的探测，形 成循环动态过程，至完全有效控制盾构隧道不均匀沉降变形。本发明很好地解决壁后注 浆的效果，使得盾构隧道沉降控制方法更加科学化。

为了科学地管理和控制隧道及地下工程建设风险，运用建立的工程风险分析理论与 方法，开发了一套隧道及地下工程风险管理软件。该软件可根据拟建工程信息和资料， 结合风险备选数据库中存储了大量的隧道及地下工程风险资料，自动生成工程风险调研 表格，对拟建工程进行风险辨识、估计和评价，实现科学的风险决策与管理。同时，软 件可根据工程施工进度进行实时分析和评估，并利用施工监测数据对在建工程各项风险 进行动态跟踪管理，对施工中风险进行全面控制，保证工程的顺利进行。软件的基本功 能包括：工程风险数据存储、辅助风险识别、风险估计计算与风险评价、风险决策和风 险跟踪管理等。

本成果来自省部级科技计划项目，2014年获国家发明专利授权，2015年通过中国铁路总公司的技术评审，2015年11月获得国际隧道与地下空间协会年度技术创新奖，认为达到国际领先水平。该项技术的检测速度从间歇式5km/h，提高到连续性175km/h，它能在正常的列车运行条件下完成整条线隧道的检测，彻底地改变了国家铁路网隧道病害不能普查和定期体检的现状。该技术还可以用于公路隧道和地下铁路隧道的健康状态检查

本实用新型提供一种隧道基坑用排水系统，包括混凝土防水层，所述混凝土防水层的上端设置有横向支撑，所述混凝土防水层的表面设置有抽水管道，抽水管道的第一抽水口设置在基坑底部，分离箱串接在抽水管道的中间部位，通过分离箱将基坑内抽出的水和泥沙进行分离，分离出的泥沙又可以通过旋转分离箱的方式，将分离箱内的泥沙清理干净，这种方式不仅效率高，而且抽上来的水可直接使用或排放，通过预制半潜式明沟的设计，有效的解决了明沟易堵塞的问题，排出的水可直接流入蓄水池中，并且明沟在开挖过程中，可直接将预制好的沟槽放置在沟内，无需再