用STM的纳米导电图形加工技术的研究

用STM针尖对有机络合物电双稳薄膜材料施加强电场作用 ,可在材料表面产生纳米线度的导电几何图形。实验证明 :对针尖本身的几何构形、施加在针尖上的脉冲幅度、周期和占空比都必须进行细致的选择。用Ag TCNQ络合物进行实验 ,在适合的针尖 样品距离下 ,发现所加脉冲偏压的极性为负时 ,容易进行加工     

使用SPM的纳米级加工技术新进展

扫描探针显微镜(SPM)现在不仅用于表面微观形貌的检测，同时也用于纳米超精密加工和原子操纵，该文介绍了用STM和AFM进行纳米级加工的各种最新方法：针尖直接雕刻，针尖光刻加工，局部阳极氧化，原子沉积形成纳米点，原子去除形成沟槽微结构，多针尖加工，原子自组装形成三维结构等．使用SPM的纳米级加工对发展微型机械、纳米电子学和微机电系统具有重要意义．     

基于AFM的纳米级表面加工中切屑形成的影响因素

以原子力显微镜（AFM）为加工工具进行了纳米级加工实验,对不同加工条件下的材料去除过程和切屑形态进行了研究．切屑形态通过扫描电子显微镜（SEM）进行观察,分析了不同垂直载荷、循环次数和针尖加工方向下铝铜被加工表面的切屑形成过程．实验结果表明：低栽下切屑呈细小断屑,散布在加工区域周围;随着垂直载荷的增加,切屑逐渐变成连续的带状切屑．不同循环次数、针尖加工面时切屑形成都有很大影响．在此基础上,对比分析了相同实验条件下,不同力学性能材料的切屑形成过程．最后,通过检测被加工表面得出被加工表面质量与切屑的数量和形态之间的关系,提出了改善被加工表面质量的方法,以帮助人们更好地理解基于AFM的纳米级加工技术．     

有机纳米整流器的STM研究

金属有机络合物Ag-TCNQ的薄膜在STM针尖电场的作用下，当电压达到某一阀值后可以从高阴态跃迁至低阻态。在一定的条件下，在低阻态的保持时间很短，且高低阻间的转换可以重复。由于它们都是有机材料，根据这种特性，提出了一种新型有机纳米整流器的设想，并成功制作了输可控的有机纳米整流器的原型。     

有机纳米整流器的STM研究

金属有机络合物Ag TCNQ的薄膜在STM针尖电场的作用下 ,当电压达到某一阈值后可以从高阻态跃迁至低阻态。在一定的条件下 ,在低阻态的保持时间很短 ,且高低阻态间的转换可以重复。由于它们都是有机材料 ,根据这种特性 ,提出了一种新型有机纳米整流器的设想 ,并成功地制作了输出可控的有机纳米整流器的原型。     

原子力显微镜在高分子薄膜领域的应用

介绍了原子力显微镜(AFM)在高分子薄膜领域中的最新应用技术。在定位观察薄膜时,可采用碳纳米管定位法以及针尖打孔定位法对所观察的样品进行定位,该方法可实现对样品进行离位处理之后再次精确定位。在测量高分子薄膜厚度时,可采用针尖打孔法和漂膜法通过制备断面台阶利用AFM精确测量薄膜厚度。基于特殊相分离形貌的嵌段共聚物薄膜,可采用AFM针尖对其表面进行锻造纳米加工。这些技术拓展了AFM在聚合物薄膜表征以及纳米加工等领域的应用。     

用SPM纳米刻蚀方法在Ti表面制备纳米结构的研究

本文用导电原子力显微镜 (AFM)针尖诱导局域氧化反应的方法 ,在Ti膜表面制备了TiO2 纳米结构。实验结果表明 ,Ti膜的氧化阈值为 - 7伏 ,制备的TiO2 纳米线的最小线宽达到 10nm ,TiO2 纳米线的高度和宽度随针尖偏压的增大而增大。在优化的氧化刻蚀条件下 ,通过控制针尖偏压和扫描方式制备出了图形化的TiO2 结构 ,本研究表明基于导电AFM的纳米刻蚀技术将成为构筑纳米电子器件的重要工具     

纳米光子结构软膜紫外光固化纳米压印

紫外光固化纳米压印是实现纳米结构批量复制的一种新技术．其特点是低成本和高分辨，而且可以达到极高的套刻精度．为了得到大面积图案的均匀复制，可用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备透光的压印软模板．其母版图案可由高分辨率电子柬曝光和反应离子刻蚀的方法在硅片基底上获得，然后用浇注的方法将图案转移到PDMS上．本实验特别发展了紫外光固化纳米压印适用于软膜压印的双层膜图型转移技术．该双层膜由廉价的光胶和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）构成．对光胶层的压印可用普通的光学曝光仪实现．然后再将图案用反应离子刻蚀的方法转移到PMMA层中．为了证明方案的可行性，在两种不同材料的半导体基片上压印了三角晶格的光子晶体和准晶结构的图案，并用剥离的方法将它们转移到金属薄膜上，最后成功地进行了硅片刻蚀实验．相信这一纳米制做方法对大面积纳米光子结构和光学集成芯片的制造是普遍适用的．     

AFM针尖耦合激光加工PMMA薄膜的加工重复性

利用飞秒激光与原子力显微镜的针尖部分耦合进行加工,是有望突破衍射极限,实现多隧道结加工的技术。本文在室温大气环境下,利用微焦级别脉宽为130fs、波长800nm的飞秒激光照射镀有金薄膜的原子力显微镜的探针针尖,使其耦合产生局域场加强效应在PMMA薄膜表面加工出光栅状纳米图形。通过最大残差法计算了条纹高度和宽度的重复性百分比,计算得到高度和宽度的最大残差值分别为6.3%和2.9%。结果表明在文中所提供的加工条件下,原子力显微镜针尖耦合激光是一种有潜力的激光加工方法。     

碳纳米管工具电极的制备

纳米工具电极是进行纳米电解加工的必备条件,其特征尺寸直接影响纳米结构的最终尺寸.提出了利用电弧放电将碳纳米管束焊接在钨针尖上的纳米工具电极制备方法,并通过试验研究了钨针的针尖圆弧半径和放电电压对制备碳纳米管工具电极的影响.试验结果表明,不同尖端圆弧半径的钨针,所需有效放电电压不同,圆弧半径越小,有效放电电压越小,强电场分布越集中,越容易将碳纳米管束焊接在针尖的顶端;圆弧半径越大,强电场分布区域越大,越不容易控制碳纳米管束焊接的方向性.在针尖圆弧半径约为100 nm和300 nm的钨针上,放电电压分别为25 V和35 V时,成功制备出碳纳米管工具电极.     

蘸水笔刻蚀技术（DPN） 的机理与进展

蘸水笔刻蚀（dip-pen nanolithography ,DPN）技术是近年来发展起来的基于原子力显微镜（AFM）的一种 扫描探针加工技术,有着广泛的应用前景。蘸水笔技术的刻蚀过程包括AFM 针尖对墨水分子的吸附、针尖与 基底间弯月液桥的形成、墨水分子在液桥中的传输、墨水分子在基底的扩散等四个阶段,并受温度、湿度、针 尖、扫描速度等多种因素的影响。文章具体分析了蘸水笔技术在不同阶段的作用机理,综合介绍了蘸水笔刻 蚀技术在近年来的进展,包括电化学DPN 技术、DPN 的多种加工模式、DPN 的复合加工及多探针的DPN 加工 等;分析了DPN的加工特点及其应用。     

极浅压入下纳米压痕仪针尖面积函数校准方法的研究

采用原子力显微镜直接扫描纳米压痕仪针尖法、球面拟合法和熔融石英标准样块的间接测量法对极浅压入下纳米压痕仪的针尖面积函数进行比较分析。实验表明,在极浅压入下,原子力显微镜直接法由于真实地反映了针尖尖端的几何形貌因而获得的面积函数更为准确可靠。建立了相应的数学模型,对于直接法测量中主要的误差,即由于原子力显微镜针尖曲率半径带来的误差进行了分析,结果表明在极小压入深度下压入深度越小,原子力显微镜针尖曲率半径带来的压痕仪针尖面积函数相对误差越大。     

用扫描隧道显微镜对材料进行表面修饰的研究

扫描隧道显微镜(STM)是对材料表面进行表面修饰(surface modification)和表面原子操纵(atomcraft)的重要工具。为了了解其机理,选择了场蒸发阈值从大到小有代表性的钨、铂、金、铜做针尖,扫描过程中在针尖与石墨表面之间施加针尖为正的脉冲电压,获得了一些新现象,并对实验结果作了比较,从而在一定程度上确定了脉冲制STM表面修饰实验中针尖与样品之间电场的重要作用。     

较浅压入下针尖曲率半径对纳米压入硬度影响的比较研究

基于3种不同曲率半径压头针尖对熔融石英进行纳米压入,用原子力显微镜（AFM）直接法测得压头针尖的面积函数及针尖曲率半径。研究表明,在极浅压入条件下,压头曲率半径的变化会导致硬度值的测量误差,曲率半径越小的压头针尖随接触深度的变化会更快得到真实值;相同的压入深度,曲率半径小的压头针尖测得的压入硬度值比曲率半径大的测得的压入硬度值更接近其真实值。     

纳米材料的加工技术

纳米材料具有奇异结构和特异的功能，材料的电学、力学、磁学以及光学性质等发生了巨大的变化。本文综述了纳米材料制备及纳米烧结的方法，介绍了纳米材料科学研究的最新研究动向、纳米材料研究过程中遇到问题，并对纳米材料研究的发展进行了展望。     

应用纳米压痕法测定柱状纳米材料的力学特性（英文）

纳米压痕法在确定纳米结构材料,特别是具有较大高宽比的一维纳米结构/对象的力学特性时,若纳米结构沿压入方向的等效刚度远小于针尖-样品的接触刚度,应用常规数据分析(Oliver-Pharr)模型会导致较大的测量偏差.对常规Oliver-Pharr解析模型进行了推广,以补偿一维纳米材料等效刚度对测量结果的影响,进而提出了适用于此类测量对象的通用纳米压痕分析模型,并应用于分析柱状微纳米结构的准静态压痕测量数据.实验中应用原子力显微镜(AFM)定量测量了湿法刻蚀获得的一维单晶硅柱状结构的几何参数(包括硅纳米柱的直径和长度).实验结果表明,应用常规模型分析对较大高宽比的硅纳米柱(直径386 nm,长500 nm)的压痕数据会导致大于50%的偏差.应用修正模型分析实验数据时,测量结果不受被测对象几何参数的影响,因而可以有效提高应用纳米压痕法对微纳米结构材料,特别是一维材料的测量精度.     

Ni针尖/Au基体纳米压痕的分子动力学模拟

采用原子镶嵌势函数（EAM）模拟Ni针尖（约1．5mm）／Au基体纳米压痕过程．研究结果表明，当Ni针尖与Au基体间距离达到一定值时（约0．23 mm），机械的不稳定性使得针尖与基体间发生跳跃接触，产生纳米压痕和黏附现象（Au原子包裹在Ni针尖周围）．当压头离开基体表面，Ni针尖被拔起，随后在针尖与基体间形成连续的由Au组成的细颈．同时计算得到整个系统在针尖接近基体、跳跃接触、压痕、黏附、形成缩颈和一系列分离过程中的势能变化．     

SPM抑振系数的理论与实验研究

为分析外界振动对扫描探针显微镜（SPM）针尖一样品副的影响，提出“抑振系数”的概念．围绕SPM针尖一样品副的动态力学模型，对抑振系数的物理含义、影响因素等进行了理论分析．搭建了SPM激振、测振的实验系统，对不同的SPM扫描器、探针、样品、针尖预应力以及针尖一样品副开／闭环对SPM抑振系数的影响进行了实验研究．在理论分析上和实验研究中，都证实SPM抑振系数与悬臂梁的有效质量、弹性系数、空气阻尼系数、针尖与样品的接触弹性系数和接触阻尼系数等相关，反映在实际SPM部件参数上，则较短的扫描器、较长的悬臂探针、较软的样品表面、较大的探针预应力、闭环控制的针尖一样品副等都是提高SPM抑振性的途经．     

二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀及其在硅纳米针尖制备中的应用

系统地研究了硅衬底上二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀（R IE）过程,并在此基础上制备了可用于场发射的硅纳米针尖阵列.首先,采用改进的蒸发法在硅衬底上实现二氧化硅纳米颗粒的单层密排结构,再采用典型的刻蚀二氧化硅的RIE技术同时刻蚀硅衬底和二氧化硅纳米颗粒,在对纳米颗粒尺寸随刻蚀进行而改变的电镜照片分析的基础上,获得了相应的二氧化硅纳米颗粒刻蚀模型,计算得到横向和纵向的刻蚀速率;当刻蚀后的二氧化硅纳米颗粒从衬底上脱落后,进一步对硅衬底的刻蚀可以得到锐利的硅纳米针尖阵列,初步的实验结果表明,所制备的硅纳米针尖具有较好的场发射特性.     

基于AFM纳米硬度测量系统的实验

为了解决用AFM自身压痕软件进行纳米硬度测量时无法直接获得载荷-压深曲线和由于受到扫描陶管扫描范围的限制而进行多点压痕实验范围有限的问题,建立了三维微动工作台和原子力显微镜相结合的纳米压痕硬度测量系统.基于该系统,对单晶薄膜材料进行了单点压痕实验,得出该系统适合进行纳米硬度测量的结论;并对薄膜材料的纳米硬度和弹性模量进行了分析,讨论了尺寸效应对两者的影响.另外,进行了40×40的点阵压痕实验,得到了材料整个压痕面的三维形貌图和三维硬度图.