压电微悬臂有原子力显微镜中的应用

微悬臂是原子力显微镜中最重要的部件之一。用压电微悬臂代替常用的Ｓｉ、ＳｉＯ２或Ｓｉ３Ｎ微悬臂后的原子力显微镜有一定独特的优点。由于压电微悬臂中的压电薄膜具有压电效应，因此它既可致动微悬臂，又可探测微悬臂的位移量，使得原子力显微镜的结构简单、响应速度快、扫描速度加快．文中简要介绍了压电微悬臂的制作过程，分析了压电微悬臂在原子力显微镜中的各种应用及相应的原子力显微镜的工作原理和有关结果，并与普通原子力     

压电微悬臂在原子力显微镜中的应用

微悬臂是原子力显微镜中最重要的部件之一。用压电微悬臂代替常用的Ｓｉ、ＳｉＯ２或Ｓｉ３Ｎ４微悬臂后的原子力显微镜有一些独特的优点。由于压电微悬臂中的压电薄膜具有压电效应，因此它既可致动微悬臂，又可探测微悬臂的位移量，使得原子力显微镜的结构简单、响应速度快、扫描速度加快。文中简要介绍了压电微悬臂的制作过程，分析了压电微悬臂在原子力显微镜中的各种应用及相应的原子力显微镜的工作原理和有关结果，并与普通原子力显微镜进行了比较。     

AFM/STM系统中微悬臂的设计和研制

扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）和原子力显微镜（ＡＦＭ）由于具有原子量级的分辨率,所以在表面物理、化学、生物等领域得到了越来越广泛的应用。我们研制了一个ＡＦＭ／ＳＴＭ系统,它利用隧道电流检测微悬臂的位移,既可用作ＡＦＭ,又可作为ＳＴＭ。本文介绍了这个系统的微悬臂的设计和研制。实验表明,这种微悬臂使系统可以达到纳米量级的分辨率。     

基于AFM的微纳米结构力学特性测量

原子力显微镜（ＡＦＭ）以其优异的特性不仅在微米、纳米的范围内获取图象。同时可以获取针尖与样品之间的作用力,为研究样品的力学性能提供了新思路。对ＡＦＭ在力学测量上的原理和应用进行了综述,并提出基于ＡＦＭ的生物样品的力学测量的新方法。     

AFM非线性测量的影响因素分析

原子力显微镜（AFM）已经广泛应用于纳米科技领域。为获得准确的测量结果,对AFM非线性进行测量和校正是非常必要的。AFM非线性的测量方法有电容测微仪法、激光干涉法和扫描图像相关分析法等,其中图像相关分析法具有原位和简单等优点。本文应用图像相关方法,对不同漂移速率和扫描面积情况下的非线性测量结果进行实验对比分析。结果表明,漂移速率和扫描面积是影响图像相关法测量AFM非线性准确性的重要因素。     

压电振动微机械陀螺研究

本文介绍了一种新型的压电振动微机械陀螺，与其它大多数压电陀螺不同，它不需要弹性元件，由压电材料本身构成振子完成陀螺功能，由ＰＺＴ薄膜材料做成的平板沿厚度方向极化并受电激励产生厚度伸缩振动，当一输入角速度作用于振子，根据哥氏效应，则在极化轴和输入角速度轴组成的闰面垂直方向上产生一正比于输入的速度大小的感应电压，它是一种双轴陀螺，本文给出了它的物理模型，并用ＰＺＴ陶瓷晶体做了宏观模拟实验，实验结果与理     

基于微尺度压电振动发电机的微电源设计

为弥补传感器网络传统供电存在的不足,该文设计了一种基于微尺度压电发电机的微电源,其可有效拾取周围环境中的振动能量,从而为低功耗的传感器系统提供电能。该电源由具有微尺度效应的微振动发电机与外部高效的无源峰值监测开关电路集成而得,结合Matlab仿真分析可知,其输出电压可达0.24V;无源峰值监测开关电路能保证压电片间电荷的全部输出,与具有经典接口的微电源相比其输出功率提高了3倍。     

热振动法标定微悬臂梁法向弹性系数

微机械加工制造的微悬臂梁(探针)作为原子力显微镜中的核心组件,已经成为微米纳米尺度下科学研究的重要工具.能否准确标定微悬臂的弹性系数将影响所测力学量的最终结果.介绍了利用热噪声法标定探针的方法,分析了热振动法的原理及其修正公式.通过改进AFM系统的光路和位移检测器的前置放大电路,提高了探针法向弹性系数标定方法的精度,并设计了升温装置,对热噪声法的校正公式进行了验证,结果表明,实验与理论公式可以比较好的吻合.     

压电智能挠性板的主动振动控制研究

对挠性悬臂矩形板的主动振动控制进行了研究。给出了悬臂板的压电敏感器和致动器的布置准则，并推导了悬臂板的（包括弯曲和扭转振动模态）基于分布式压电致动器的压电致动方程，可以根据该方程设计悬臂板压电主动振动抑制的控制器。该文在控制方法上采用应变律反馈控制和线性二次型（LQR）控制，计算机数字仿真结果表明：设计的控制律对于悬臂板的弯曲和扭转振动是有效的。     

基于1×2阵列压电悬臂梁的AFM并行扫描

分析了阵列悬臂探针并行扫描的工作方式,以非接触磁力模拟样品与悬臂梁间的范德华力,研究了1×2阵列压电悬臂梁的并行扫描和驱动控制方法。每一压电梁均集成了微位移致动器和力传感器,在320Hz一阶共振频率下振动。实验表明:在0.2～1.0mm力作用区内,压电梁自由端每接近模拟样品0.1mm,表征悬臂梁振幅的锁相放大器输出电压减小1.7mV,但微力传感在扫描的升回程存在迟滞;致动器的控制电压每增加10V使锁相放大器输出减小约3mV,表明集成的致动器可调节压电梁与样品间的间距。两压电梁的电荷-位移响应曲线、间距调节灵敏度均不完全一致,讨论了阵列悬臂梁一致性问题和阵列规模大小问题。     

微悬臂梁谐振技术检测溶液粘度的研究

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术。推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式，并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度。与落球法测量结果的比较表明，利用微悬臂梁谐振频率技术测量液体粘度的误差小于4％。这种方法不仅可以作为液体粘度的一般性测量方法，也可以通过检测溶液粘度变化来监测溶液中的化学反应。     

针尖扫描原子力显微镜的光点跟踪设计

提出了一种用于针尖扫描原子力显微镜(AFM)的光点跟踪设计方案,结构简单,容易实现。设计方案对扫描器的负载能力要求不高,而且能使原子力显微镜实现较大范围的针尖扫描。实验结果表明,采用此光点跟踪设计方案的针尖扫描原子力显微镜能实现最大100μm×100μm范围的扫描,z方向上的误差最大1 nm,能很好地满足大样品扫描的需要。     

应用原子力显微镜对单晶硅进行纳米级加工

以原子力显微镜（AFM）作为加工工具,基于金刚石针尖对单晶硅进行了纳米加工实验,对纳米加工区域特性,材料在不同垂荷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,应用有限元方法（FEM）对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的作用机制进行了计算仿真。     

基于超平表面的原子力显微镜探针磨损研究

原子力显微镜的图像质量受到探针磨损情况的直接影响,本文主要对基于超平表面的原子力显微镜(AFM)探针磨损问题进行了试验研究,针对探针磨损效率以材料表面的粗糙度(Rq)作为评估指标,测试样品选用了Rq小于0.5nm的超平表面。探针在10%的反馈回路设定值比例和悬臂目标振幅比例的测试条件下,采用1Hz的扫描速度及1.7的I-gain值可使磨损最小,进而有效提升探针使用寿命。     

脂质体的液晶态结构和稳定性研究

用原子力显微镜(AFM)观察了液晶态LB膜和脂质体形貌的结构和稳定性。实验结果表明，在扫描区域内，对于DOPE脂质体，可观察到一些由DOPE超分子聚集体形成的大小不同的球形颗粒；对于DOPE和DOPC混合脂质体，则不仅观察到类似脂质体的球形颗粒，而且也观察到了双层膜结构，其厚度约为5～6nm。随着NaCl浓度的增加，它们的双层膜更稳定。葡萄糖和蔗糖对脂双层膜结构有稳定作用。     

新型液相/电化学原子力显微镜的研制及其应用研究

研制了一种新型液相/电化学原子力显微镜（EC-AFM）系统。该EC-AFM系统的探头部分以激光作为光源, 设计了独特的液相光路, 采用了一块透明的玻璃作为视窗, 同时作为探针座, 将微探针和样品完全浸没在液体中进行扫描检测。设计了完全开放式的电解池, 可方便地改变样品的液体环境, 对电化学反应进行操作和控制。此外, 采取了探针扫描的方式, 使得较大和较重样品的扫描检测得以实现。利用该EC-AFM系统, 以铁片为阴极, 铜片为阳极在硫酸铜溶液中进行了化学镀铜实验, 并对实验过程进行了实时观察, 获得了不同阶段的样品表面图像。实验结果表明, 自主研制的EC-AFM在溶液中可扫描获得理想的AFM图像, 分辨率达到纳米量级, 证实该系统可以直接观察电解液中固液界面的化学反应。     

压电微悬臂梁微弱压电信号检测

压电微悬臂梁是一种利用压电元件的逆压电效应驱动微悬臂梁使其振动，并利用压电元件的压电效应来检测梁的变形量的集成微驱动器和微传感器。文中讨论了压电微悬臂梁中的压电元件的两种等效电路模型，并且提出了检测微压电信号的检测系统以及两种前放电路。在检测微悬臂梁频率响应特性的实验中得到了较好的结果。     

压电型微悬臂梁制备中RIE刻蚀硅工艺的研究

介绍了一种压电型微悬臂梁的制作工艺流程,重点研究了其中硅的反应离子刻蚀(RIE)工艺,分析了工艺参数对刻蚀速率、均匀性和选择比的影响,提出通过适当调整气体流量、射频功率和工作气压,以加快刻蚀速率,改善均匀性,提高选择比。研究表明,在SF6流量为20 mL/min,射频功率为20 W,工作气压为8.00 Pa的工艺条件下,硅刻蚀速率可以提高到401 nm/min,75 mm(3 in.)基片范围内的均匀性为±3.85%,硅和光刻胶的刻蚀选择比达到7.80。为制备压电悬臂梁或其它含功能薄膜的微结构提供了良好的参考。     

基于压电式传感器的力矢量测量模型研究

关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,推导出了3个分力和作用点坐标的求解表达式,确定了合理的传感器数目,建立矢量力求解的数学模型。实验表明,根据该模型研制的压电式力矢量测试系统能实现发动机力矢量测量要求。     

原子力显微镜观察硅外延片的表面白雾缺陷

本文利用原子力显微镜表征硅气相外延生长的白雾片和正常片。实验证明，白雾片是由许多高低起伏很大的颗粒构成的。而正常片的高低起伏很小，一定范围内无颗粒状结构。该实验清楚表明，形成白雾的原因是高低起伏的颗粒的光漫反射。