原子力显微镜动力学简化模型的振动参数探讨

欧拉-伯努利梁模型和一维弹簧振子模型是原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的动力学理论基础。该文章提出了计算等效阻尼的新方法，并分别用挠曲线函数和一阶振型函数两种简化方式计算了由欧拉-伯努利梁模型简化为一维弹簧振子模型的等效质量、等效刚度和等效阻尼，并对两种简化方式进行了比较。在各项参数等效的基础上，进一步对固定端位移激励下悬臂梁的响应振幅进行了探讨。最后设计了无针尖探针远离样品处的扫频实验，实验表明用一阶振型函数简化所得的理论结果和实验吻合较好。该结果为原子力显微镜的动力学特性研究提供了理论参考。