一种高精度原子力显微镜的设计及应用

简述了重庆大学研制的原子力显微镜(AFM)样机的工作原理和应用，重点介绍了其镜体的独特设计。该样机采用扫描隧道显微镜检测微悬臂的起伏，通过四维机械驱动和双压电陶瓷扫描，有效提高了扫描精度，扩大了扫描范围，简单适用的微悬臂使操作大大简化。给出了用该机检测到的具有代表性的4种样品的表面形貌图。     

原子力显微镜超微量注射检测的影响分析

微量注射与检测受到越来越广泛的关注和研究,例如细胞工程与基因工程中,采用显微注射其注射量对操作成功率影响巨大,注射量精确检测成为人们关注的课题。利用原子力显微镜具有纳米级高度分辨率的特点,设计悬臂装置对注射微滴重力产生的挠度进行检测,实现微滴量定量检测的目的。分析讨论影响微滴检测过程的扰动因素,其中采用悬挂机构有效抑制中高频扰动,观察注意到悬架式隔振系统水平方向的微小摆动对检测信号扰动不可忽视。研究中为抑制这种低频扰动对超微量注射检测的影响,设计液体阻尼器并采用增大水平阻尼与转动阻尼的方法使之得到有效地改善;进行皮升级注射量检测试验,结果表明所采用的基于原子力显微镜的超微量注射检测能够实现10～30 pL 微量注射检测。     

新型电化学原子力显微镜的研制

电化学原子力显微镜将电化学分析技术与原子力显微镜结合起来,能对生物传感器,新型电池和电腐蚀进行原位电化学扫描探针显微测量分析。为了实现电化学与扫描探针功能的系统集成,在控制电路设计中采用现场可编程门阵列,提高了系统的可靠性。电化学控制箱与原子力显微镜的头部紧密集成,保证微弱信号不受干扰,并具有多种电化学工作模式。系统具有稳定性好,重复性高,抗干扰能力强等优点。     

卧式原子力显微镜的研制

提出原子力显微镜 (AFM)的新设计 ,讨论卧式 AFM的工作原理及其性能特点 ,简要介绍 AFM的控制电路系统及其图像扫描和图像处理软件系统 ,给出 AFM扫描获得的部分样品的图像结果。     

原子力显微镜的基本原理及其方法学研究

简述了原子力显微镜探测物体表面形貌的基本原理,具体地介绍了原子力显微镜的四大核心构件的属性与功能激光器、微悬臂、压电扫描器、光电检测器管;详细地阐述了该仪器探测运行的三种模式接触模式、非接触模式、轻敲模式,并重点讲述了轻敲模式的独到之处;强调了原子力显微镜所能进行的参数分析和数据处理功能,同时将原子力显微镜同其它表面探测仪进行了比较,突出了AFM的优越性;并结合仪器的构造和工作原理,对仪器的改进和发展提出了一些建设性意见.     

用交流电化学腐蚀法制备隧道电流型原子力显微镜微悬臂

隧道电流型原子力显微镜是在扫描隧道显微镜基础上发展起来的一种表面分析技术。微悬臂是原子力显微镜的关键元件，它的制备与安装质量直接影响隧道电流型原子力显微镜的实验结果，本文简单介绍隧道电流型原子力显微镜微悬臂的工作原理，讨论对微悬臂的要求，提出一种简单有效的微悬臂制作方法－交流电化学腐蚀法，给出了用交流电化学腐蚀法制备的微悬臂得到的石墨标样表面原子结构图象。     

高精度STM.IPC-205BJ型原子力显微镜的设计

在成功研制高精度IPC-205B型STM基础上对硬件设计和软件配备进行改进,研制开发了更高精度和应用更广的原子力显微镜.阐述该原子力显微镜的工作原理、组成及应用,详细介绍镜体的独特设计与控制过程、微悬臂的制作与工作过程.该样机采用简单适用的新型微悬臂,利用扫描隧道显微镜检测微悬臂的起伏,通过四维机械驱动和双压电陶瓷扫描,能够有效提高扫描精度、扩大扫描范围.该原子力显微镜的分辨力为:横向0.1 nm,纵向0.01 nm.给出该机型检测的几种样品的扫描图像.     

基于原子力显微镜的纳米加工研究

以原子力显微镜(AFM)作为加工工具对单晶硅进行了基于金刚石针尖的纳米加工试验,运用不同的方法对纳米加工区域的特性、材料在不同垂直载荷下的去除机理及切屑形成特征进行了系统的研究和分析,提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法。在此基础上,应用有限元法对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的接触作用机制进行了计算仿真。     

扫描隧道显微镜和原子力显微镜

介绍了扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的原理和目前情况。     

基于原子力显微镜的碳纳米管微操纵研究

纳米级微操作技术是制造纳米电子器件的技术基础.以云母为基底,利用原子力显微镜,对碳纳米管束进行微操作,如滑动、切割等.由于基底不同,在微操作过程中呈现不同的现象.研究为加工碳纳米管的微纳米零件做出了有益的探索.     

用象散法测试原子力显微镜力传感器的固有频率

原子力显微镜已成为人们观测和研究物体微观世界的强有力的工具.由悬臂梁与探针集成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件,而固有频率是其一个主要技术参数.本文介绍了一种采用光学象散原理测试原子力显微镜的力传感器固有频率测试系统的原理、组成和测试方法.     

原子力显微镜在分子自组装研究中的应用

原子力显微镜(AFM)以其分辨率高、样品无需特殊制备、实验可在大气环境中进行等优点被广泛应用于分子自组装这种自下而上的微细加工技术的研究中。近年来,随着对自组装行为研究的深入,其应用已由对自组装分子表面几何形貌的观测发展到制备纳米级结构和表征表面其它性能的研究领域。文中在简单介绍AFM及分子自组装优势的基础上,总结了AFM在自组装研究方面的若干新应用,并对其应用前景作出展望。     

用于纳米级三维表面形貌及微小尺寸测量的原子力显微镜

SPM是在纳米尺度上进行测量的重要的测量仪器之一,随着SPM进入工业测量领域,SPM的校准、量值溯源和测量不确定度分析已经成为SPM能够作为计量仪器使用的关键所在.文章论述了一种计量型原子力显微镜的构成、校准以及在国际比对中的应用.     

原子力显微镜在生物分子力学性质方面的研究

原子力显微镜在生物纳米研究领域有广泛应用,包括对生物样品的形貌成像、超微结构、机械性能和相互作用等方面的研究。利用其非修饰和修饰探针进行样品扫描,可以得到样品表面形貌和样品表面某一特定点的力与距离的关系曲线,从而得到相关生物分子的力学性质。目前国际上应用原子力显微镜对生物分子力学特性方面的研究已经成为最热门的研究课题之一,在生物医学和临床医学方面有重要研究意义。本文简述了原子力显微镜的力曲线原理,并对近年来应用原子力显微镜在探测生物分子力学性质方面的研究进展进行了综述。     

双成像单元原子力显微镜及其在大范围纳米计量中的应用

为了实现大范围纳米计量,研制了双成像单元原子力显微镜,采用光栅作参考样品,同时对光栅和被测样品扫描成像,得到两幅具有相同横向尺度的图像,通过计算参考光栅的周期数,就能精确测定被测样品图像的尺寸。提出了一种实现大范围扫描和纳米计量的新方法,利用步进电机交替移动XY扫描器,扫描获得一系列的光栅样品图像和被测样品图像对,通过拼接对应的序列图像,可获得两幅大范围的光栅图像和被测样品图像,计数参考图像中光栅的周期数,即可测定被测图像的尺度,实现对被测图像的大范围纳米计量。     

原子力显微镜及其在生物医学领域应用

本文在简单介绍原子力显微镜(AFM)的基础上。从原子力显微镜对细胞、细胞器及其不同环境条件下细胞变化过程进行时时观察;对生物大分子及其生理生化过程的观察;对生物结构或生物大分子进行力的测量等几个方面的应用作了介绍     

Fundamental Investigation of Micro Wear Rate Using an Atomic Force Microscope

Micro-wear characteristics of Si and Si₃N₄ tips and the surfaces of Au, Cu, DLC, and bare Si were investigated using an Atomic Force Microscope (AFM). The range of applied load was between 10 to 800 nN. It was found that the wear coefficient values were between 10^-3 to 10^-1 and 10^-5 to 10^-4 for Si and Si₃N₄ tip, respectively. The experimentally obtained wear rates were comparable to those of the macro-scale systems. Also, evidence of micro-plastic deformation could be found on the wear track.     

计量型原子力显微镜的非线性误差及轴间耦合误差的校准

本文研究了原子力显微镜的计量校准问题,建立了校准的数学模型,这个数学模型可以用于各种ＳＰＭ的校准中。对于位移轴的非线性误差和耦合误差进行了校准,给出了校准后残余误差的测量结果。并对一块经过ＰＴＢ检定的样板进行了测量,测量结果表明对于３００ｎｍ的台阶高度,测量念头平均为１．１ｎｍ。     

基于原子力显微镜的线宽粗糙度测量

给出采用原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)测量线宽粗糙度(Line width roughness,LWR)的分析步骤。分析线宽和LWR及其偏差随刻线横截面位置的高度变化的关系,线宽及其偏差和LWR及其偏差随刻线横截面位置的高度值增加而减小。分别采用四种边缘提取算子提取了碳纳米管针尖AFM测量的刻线顶部线宽边缘,计算了刻线顶部线宽和LWR,顶部线宽和LWR测量结果对边缘提取算子不敏感。结合被测单晶硅台阶的顶表面和底表面加工方法,提出采用各扫描线轮廓高度相等的方法校正AFM压电驱动器的z向非线性。比较了采用普通氮化硅探针针尖、超尖针尖以及碳纳米管针尖AFM测量名义线宽为1 000 nm刻线LWR的结果,显示采用三种针尖的LWR测量结果存在差异,但考虑到AFM分辨率,可认为测量结果基本相同。因此,为更精确描述刻线边缘,必须提高AFM分辨率。