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。     

基于光点偏转方法的原子力显微镜的研制

讨论了光点偏转方法检测微小位移的原理，建立了相应的光电检测系统，用于检测微悬臂（针尖）的微位移，并在此基础上研制了纳米级分辨率的原子力显微镜。仪器最大扫描范围可达2×2μm2。文中给出了部分样品的测试结果。     

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.     

X轴分离式高速原子力显微镜系统设计

为了提高原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)的成像速度,本文提出了一种新的AFM结构设计方案并搭建了相应的实验系统。在该方案中,Y、Z扫描器集成于测头内驱动探针进行慢轴扫描和形貌反馈;X扫描器与测头分离,驱动样品做快轴扫描。X扫描器采用高刚性的独立一维纳米位移台,能够承载尺寸和质量较大的样品高速往复运动而不易发生共振;同时Z扫描器的载荷实现最小化,固有频率得以显著提高。为了避免测头的扫描运动引起检测光束与探针相对位置的偏差,设计了一种随动式光杠杆光路;为了便于装卸探针以及精确调整激光在探针上的反射位置,设计了基于磁力的探针固定装置和相应的光路调节方案。对所搭建的AFM系统的初步测试结果表明,该系统在采用三角波驱动和简单PID控制算法的情况下,可搭载尺寸达数厘米且质量超过10g的较大样品实现13μm×13μm范围50Hz行频的高速成像。     

原子力显微镜发展近况及其应用

扫描隧道显微镜(简称STM)和原子力显微镜(简称AFM),它们也可统称为扫描探针显微镜(简称SPM)。原子力显微镜(AFM) 是近十几年来表面成像技术中最重要的进展之一。与扫描电子显微镜相比,它具有较高的分辨率。本文将讨论原子力显微镜的工作原理、原子力显微镜的发展概况和应用。     

原子力显微镜微悬臂梁品质因数的数字调控技术的研究

为了提高轻敲模式原子力显微镜的微悬臂梁的低品质因数，在分析品质因数调控技术原理的基础上，设计了基于DSP的品质因数数字调控系统。该系统结构简单，操作方便，智能性和实时性好，能够比较精确地调控微悬臂梁振动的品质因数。通过对比液体中微悬臂梁振动的频谱以及蛋白质分子的成像实验证明，该数字调控电路能够提高微悬臂梁的力灵敏度，非常适合用于对软样品的检测。     

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。     

原子力显微镜力传感器的设计

着重介绍原子力显微镜力传感器的要求和力传感器设计的有关问题，并提供一种用图表设计结构尺寸的方法。     

原子力显微镜在纳米摩擦学研究中的应用

本文在概述纳米摩擦学概念,原子力显微镜原理及发展的基础上,介绍了原子力显微镜在纳米摩擦学研究包括纳米摩擦、纳米磨损及边界润滑研究等方面的应用。     

单细胞结构与功能的原子力显微镜研究

首先强调了研究单细胞的生物学意义;介绍了原子力显微镜作为一种显微探测和操纵工具的主要特点及其在生命科学特别是在单细胞研究中的巨大优势.回顾了国内外有关AFM在单细胞表面形态与结构、活细胞的力学响应和生理过程的监控、细胞间粘附力的测量和肿瘤的科学诊断等研究中的应用情况;并结合自己在肿瘤细胞形态研究中的经验和体会对AFM在细胞研究中的深入研究进行了探讨.     

原子力显微镜(AFM)力传感器及其固有频率的测试

由悬臂梁与探针集成件(Cantilever stylus)组成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件,固有频率(resonant frequency)是悬臂梁与探针集成件的一个重要技术指标,本文介绍了对力传感器的要求、力传感器的设计、检测力传感器的方法,着重介绍了一种采用光学象散原理组成的传感器的固有频率测试系统与方法。     

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.     

原子力显微镜传感器的微机械加工技术的研究

分析了现有的AFM力传感器的工艺特点及问题。在此基础上研究用KOH溶液两步法P+自停止腐蚀制作厚度精确可控的单晶硅悬臂梁;以SiO2为掩模,SF6刻蚀硅,用RIE与各向同性湿法化学腐蚀相结合使悬臂梁探针一次成形和用湿法腐蚀锐化探针,针尖半径约50nm.制定了适于批量生产的AFM力传感器加工工艺。