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.     

一种高精度多功能双用原子力显微镜技术及应用

主要研究了一种基于高精度IPC-205B型扫描隧道显微镜(STM)的新型高精度多功能双用原子力显微镜(AFM)技术及其应用.阐述该原子力显微镜的工作原理、组成及应用,详细介绍了该AFM镜体的独特结构和新型微悬臂的制作及其检测方法.该AFM采用简单适用的新型微悬臂.并利用STM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.该机型集AFM和STM功能为一体,其中STM可以单独使用.该机型检测精度可达:横向0.1 nm,纵向0.01 nm.并用该样机进行了样品表面形貌和隧道谱的实验研究.     

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。     

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。     

基于AFM的微滴检测装置悬臂长度对检测信号的影响

利用原子力显微镜（AFM）具有纳米级高分辨率的特点，采用聚酯悬臂感应微小液滴重量所产生的挠度，从而达到实时检测微滴量的目的。通过单片机控制CMOS管的方法产生正脉宽只有8～10的脉冲，来实现利盟（LEXMARK）喷墨头的可控喷射，从而产生检测所需的可控微滴。最后试验检测系统的信噪比，实验不同悬臂长度对检测信号的影响。     

STM和AFM的研制

叙述ＳＴＭ（扫描隧道显微镜）和ＡＦＭ（原子力显微镜）的主要关键技术和研制情况。在研制的ＳＴＭ和ＡＦＭ样机上，对１２００１／ｍｍ光栅进行测量，得出本样机的测量重复性可达１０％以内。对研制的样机进行分析和对比后提出：ＳＴＭ和ＡＦＭ，尤其是ＡＦＭ，技术上已趋于成熟；使用上简单、方便，已达到实用化程度，可以作为高级表面粗糙度测量的常用计量仪器。     

基于AFM的微注射量检测装置设计

介绍了一种基于原子力显微镜(AFM)的微注射量检测的新方法,设计聚酯悬臂感应结构,利用原子力显微镜具有纳米级高度分辨率的特点,对聚酯悬臂在注射微滴重力作用产生的挠度进行检测,达到微滴量检测的目的.通过改进检测装置隔震系统的阻尼器结构,抑制影响微滴检测过程的低频扰动因素.最后对30pl内的微注射量进行检测试验.     

快速大面积测量用原子力显微镜扫描速度对测量结果的影响

构建了一种可快速大面积测量光栅表面微结构的原子力显微镜(AFM)系统,研究了不同扫描模式下扫描速度对测量结果的影响。分别测量了微悬臂探针在恒高模式与恒力模式下的频谱,获得了这两种模式下微悬臂探针的有效带宽。基于恒高模式与恒力模式,在不同扫描速度下分别测量了光栅微结构表面上的一条直线与一个圆周,进而分析了扫描速度对测量结果的影响。基于该AFM系统,采用恒高模式下不失真扫描速度对光栅微结构表面进行了快速、大面积三维形貌测量实验。实验结果表明:测量光栅微结构表面上直径为4.0mm的圆形区域所用时间仅为40s。当扫描速度不超过微悬臂探针有效带宽所对应的速度时,所构建的AFM系统可无失真地实现微结构表面的快速、大面积测量。     

压电微音叉扫描探针显微镜测头研究

压电微音叉具有良好的谐振特性，并易于实现其振动的检测。利用这些特性，与钨探针结合，构成了一种新型的表面轮廓扫描测头。该新型测头与X-Y压电工作台结合，采用与TM-AFM相同的工作原理，构成了扫描探针显微镜。介绍了压电微音叉扫描测头的构成、工作原理及主要特性，给出了所构成的扫描探针显微镜测量系统。通过实验及其结果，证明了新型测头具有高垂直分辨率、低破坏力等优点。除此之外，由于采用了有效长度大的钨探针，使大台阶微观表面的测量成为可能。     

扫描探针显微镜在粗糙度、纳米尺寸、表面形貌观测方面的应用

扫描探针显微镜是近十几年来在表面特征表面形貌观测方面最重大的进展之一，是纳米测量学的基本工具，本文叙述了扫描探针显微镜的工作原理、检测模式及在观察检测纳米级的粗糙度、微小尺寸、表面形貌方面的特点和方法，比较了原子力显微镜、常规的表面轮廓仪、干涉显微镜、扫描电子显微镜在表面特性、表面形貌观测方面的性能，着重介绍了扫描探针显微镜在这方面的应用和存在的问题。     

扫描电子束表面改性过程温度场的有限元分析

根据热传导理论和扫描电子束焊机的实际工作状态,模拟了扫描电子束表面改性过程的温度分布。采用六面体划分网格和四面体划分网格两种模式,来模拟改性过程的温度变化,并比较了两种模式下的温度分布。结果表明:六面体划分网格和四面体划分网格两种模式下的温度分布基本相似,而采用六面体划分网格的模型的计算效率较高。     

非平衡宽覆盖像面扫描系统的神经网络控制

为扩大遥感仪器像面覆盖宽度,从现有的CCD拼接方法入手,提出了凸轮驱动的动态扫描拼接方法。将电机与凸轮同轴安装,两者做等速旋转运动,带动4片线阵TDI CCD在像面上做往复直线运动,相邻线阵CCD在扫描方向上的成像区域保持一定重叠率,从而实现了动态扫描拼接。分析了由凸轮结构的特殊性造成的系统负载力矩的非平衡特性进行了分析,针对采用常规稳速方法时,凸轮转速在负载变化阶段产生较强波动的情况,提出了常规稳速控制和神经网络相结合的自适应控制方法,并进行了实验分析。分析表明:作用于凸轮轴上的负载力矩与相机位角、凸轮转速成正比。与常规稳速方法相比,应用神经网络自适应控制方法后,系统稳速精度提高了41%,非平衡负载引起的速度波动降低了20%,满足工程需要。     

基于智能代理的机械制造系统的动态建模

结合现代制造系统的特点和人工智能领域中的代理 (Agent)技术 ,提出了将智能代理应用于机械制造领域并建立机械制造系统的动态模型的构想 ,同时建立了 4种基于智能代理的机械制造系统的动态模型 :基于域代理的机械制造系统的动态模型、基于层叠式代理的机械制造系统的动态模型、基于临近关系的代理结构模型和基于总线的代理的网络结构模型等 ,此外阐述了系统中代理的主要功能和系统的运行机制 ,最后对这几种模型进行了比较     

Hybrid scanning transmission electron/scanning tunnelling microscope system for the preparation and investigation of biomolecules

A hybrid scanning transmission electron/scanning tunnelling microscope vacuum system is introduced, which allows freeze drying and metal coating of biological samples and their simultaneous observation by scanning transmission electron microscopy and scanning tunnelling microscopy (STM). Different metal coatings and STM tips were analysed to obtain the highest possible resolution for such a system. Bovine liver catalase was used as a test sample and the STM results are compared to a molecular scale model.     

Scanning electron microscopy comparison of the resin–dentin interface using different specimen preparation methods

Microscopy has been widely used to complement the data of studies related to dentin bonding; however, different specimen preparation methods may influence the analysis. Aiming to contribute to the reported scenario, this study evaluated the effect of two specimen‐sectioning methods (cleavage and diamond disk cut) on the quality of the scanning electron microscopy (SEM) images. Four crowns of human molars were selected and had an area of approximately 6 mm² of dentin exposed. They were then divided into two groups according to the universal adhesive application: total and self‐etching modes. Then, composite blocks were built up and the specimens were stored in deionized water to allow the postcuring. The specimens were further divided according to the sectioning method: cleavage or diamond disk cut. Four specimens were obtained from each tooth. They were desiccated, placed on aluminum stubs, sputter‐coated with gold, and observed in a scanning electron microscope, with ×2000 of magnification. The quality of the SEM images were evaluated by two calibrated examiners and classified into four scores (1–4). Mann–Whitney test (p < .05) showed that the diamond disk provided significantly higher scores than cleavage, whereas no significant difference was observed when comparing the total‐etching and self‐etching modes of application. The diamond disk cut method is preferable to the cleavage method to ensure the quality of the SEM analysis in studies involving the resin–dentin interface.     

覆膜砂SLS过程激光能量分布模型的建立及应用

针对具有新光束的CO_2激光器,建立了铸造覆膜砂SLS过程的激光能量分布模型,在该模型中,综合考虑了新型激光光束的光强分布特点,实际扫描过程中激光与覆膜砂的相互作用,以及扫描速度对激光能量输入的影响等因素。采用Ansys对覆膜砂SLS过程的激光能量分布模型进行计算,利用热像仪对覆膜砂选择性激光烧结过程的表面温度进行测定。经对比计算结果和测温结果,模拟计算与实际测温结果吻合良好。根据模拟计算结果所确定的工艺参数,实际制造出了具有较高精度的三维实体。覆膜砂SLS过程激光能量分布模型为激光快速成形工艺的计算机分析及优化奠定了基础。     

基于三维扫描和3D打印的鼻套模具制作关键技术

为解决喷火表演鼻子容易烧伤的问题,运用三维扫描技术进行反求设计,并用3D打印方法制造。首先,使用三维扫描仪获得鼻子部位扫描曲面,运用Meshmixer软件对曲面处理得到鼻子三维数字模型;其次,绘制鼻套设计所需三维模型并与鼻子三维模型进行布尔运算,得到鼻套模具三维模型,将模型数据导出为切片软件可识别的STL文件;然后,设置熔融沉积成型3D打印机参数、添加外部冷却设备,以聚乙烯醇(PVA)为打印耗材,对鼻套模具进行打印;最后,使用硅胶浇注、热水溶模的方法得到一体成型的鼻套模型。结果表明:该方法能够有效应用于鼻套模型的制作,实现三维扫描曲面壳体到模具实体的转化,为类似产品的制造提供了一种方法。     

Karyotyping of barley chromosomes by a new fluorescence banding technique combined with scanning probe microscopy

Fluorescence banding has been used to classify chromosomes, except those of barley. Four of the seven barley chromosomes are indistinguishable by length or arm ratio. C-banding has been used for classification; however, it requires a long aging period. Here, we describe a new fluorescence banding method for barley. The chromosomes are treated with warm acetate followed by staining with a fluorescent dye, YOYO-1. Using this method, all seven barley chromosomes can be clearly distinguished. Atomic force microscopy and scanning near-field microscopy analyses revealed that the surfaces of the banded chromosomes were flat, indicating that the fluorescence intensity reflected the internal DNA density or condensation of chromatin.     

蓝宝石衬底双面研磨的材料去除机理研究

对蓝宝石双面研磨加工进行了实验研究,借助SEM观察被加工工件表面,发现双面研磨加工的工件表面存有磨粒的二体、三体延性和磨损加工痕迹;建立了材料的理论去除模型并进行了计算,且与实验加工值进行了对比。结果表明,蓝宝石双面研磨中同时存在延性去除和脆性去除,该模型可以定性地描述双面研磨加工材料的去除率。     

补偿压电陶瓷迟滞和蠕变的逆控制算法

研究了用于扫描探针显微镜,特别是原子力显微镜(AFM)中的扫描器高精度定位问题。压电陶瓷驱动器通常用于这种扫描器中,在无补偿的开环控制期间,它在输入电压和输出位移之间表现出明显的迟滞和蠕变。迟滞和蠕变降低了扫描器的定位精度并使扫描图像出现了畸变。给出了迟滞和蠕变模型及参数的在线辨识方法。在AFM的扫描控制中,使用基于该模型的逆控制算法补偿了压电陶瓷的迟滞和蠕变。在分析中,Preisach迟滞模型和对数蠕变模型被用于描述压电陶瓷驱动器的非线性。由于该方法不需要在控制过程中进行参数设置,因此很容易使用。此外由于是开环控制方法,可以具有更好的分辨率。闭环操作能够给出较好的迟滞和蠕变补偿,但由于在高带宽情况下传感器动态范围的限制,对于小扫描区域或样本特征,它减小了成像的分辨率。三角波轨迹跟踪的仿真结果说明轨迹误差在传感器噪声量级上,证明了这个方法的有效性。