基于MEMS技术的微桥制备与共振频率测量

基于扫描探针显微镜(SPM)微机械性能测试的需求,设计了一种可用电容力驱动微桥面振动的新型微桥.通过实验选材和单晶Si的刻蚀研究,提出了一种新的正面刻蚀成桥方法,获得了一种基于湿法刻蚀的低成本、易加工的实用微桥加工技术.利用SEM和AFM观察了微桥,证实微桥已制备成功且微桥桥面形貌比较平整.最后用改进的扫描隧道显微镜(STM)测量了微桥振动的频率响应,测得的共振频率与理论估算值基本一致.     

微机电系统的机械和电气特性测量设备

微机电系统的主要元件是加速度器,它在恶劣环境下工作,热循环和机械冲击会导致元件的失效,材料疲劳引起的断裂、水蒸气引起性能的降低等现象都需要从原始材料开始进行特性测量,同时对制成品同样需要严格的测量和筛选。这里介绍Analog Devices公司的ADXL250双轴表面型MEMS加速度器的生产测试方法。ADXL250是额定值±50G的加速度器,电容性传感器是关键元件,它形成在Si衬底上,在正交90度的两个灵敏轴对加速度产生反应,静止电容量只有0.1pF,加速度使电容量变化,变化量0.001～0.01pF,由片上的电子电路读出。ADXL250采用14引脚的陶瓷封装,可供表面贴装的印刷电路板使用。要求封装内的全部元     

基于STM的原子力显微镜的设计及应用

原子力显微镜由于不受物质导电性的限制,已经成为纳米检测和加工的重要手段之一。本文介绍了根据隧道效应检测微悬臂位移的原理自制的原子力显微镜系统,重点讲述了镜体结构及特点。测试结果表明该仪器具有原子量级的分辨率。最后还给出了用该原子力显微镜检测到的几幅试样的三维表面形貌图。     

基于原子力显微镜的悬臂梁微尖端器件应用新进展

在分析原子力显微镜工作原理的基础上,详细介绍了各种基于原子力显微镜的悬臂梁微尖端器件的应用进展,并展望了悬臂梁微尖端器件的发展前景。     

基于原子力显微镜的细胞弹性测量及分析方法

原子力显微镜作为纳米压痕工具已被广泛应用于测量细胞等生物材料的力学性能.然而,由于研究目的实验方法和数据处理方法的不同,造成实验结果差异大,数据提取方式不准确,结果分析解释不清等问题.本文以细胞为例,对实验数据获取和处理方法的适用范围、优缺点、可靠性及结果的分析方法进行讨论,并与其他力学性能测量方法相比较,以期提高实验结果的可靠性,为细胞力学性能实验的开展提供参考.     

原子力显微镜的力传感器

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工具，由悬臂梁与探针集成件（Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｔｙｌｕｓ）组成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件，它的结构和性能直接影响原子力显微镜的性能、测量分辨率和测试图象质量。本文着重介绍了原子力显微镜基本工作原理、对力传感器的要求、力传感器的结构和设计、力传感器的微机械加工以及其主要性能测试等问题。     

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     

基于DSP的高速原子力显微镜系统

传统的以PC机为控制核心的AFM(atomic force microscope)越来越无法满足快速成像的要求,具有先进控制系统的高速AFM正成为国内外的一个研究热点.本文介绍了一种以DSP(digital signal processor)为控制核心的AFM系统.在该系统中,自动进针/退针、扫描电压的产生、A/D采样、D/A输出以及数字闭环反馈控制等任务均在DSP控制下完成;在分辨率为512×512时,可以获得行频55 Hz的扫描速度.实验表明,即便在这样高速扫描的情况下,该系统仍具有良好的成像性能.     

基于原子力显微镜的胶体颗粒相互作用力测量研究

胶体颗粒絮凝是环境科学领域的研究热点之一,不同环境条件下颗粒间的相互作用力对絮凝起着重要作用.采用聚苯乙烯胶体颗粒作为研究对象,设计实验方案,用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)测量不同电解质溶液中颗粒间相互作用力.在一定范围内,实验值和扩展的胶体稳定性(XDLVO)理论值吻合.液相环境中测量聚苯乙烯胶体颗粒间相互作用力的技术为测量具有复杂形状的胶体颗粒间相互作用力提供了依据.     

碳纳米管原子力显微镜针尖的研究进展

碳纳米管具有很小的半径、较高的纵横比、高的柔软性能、独特的化学结构和确定的电子特性，这一系列性质使得它很适合用作原子力显微镜针尖。针尖的制作原先是手工操作，目前应用较广泛的是化学汽相沉积法（CVD）。这种针尖使朱子力显微镜的分辨率得到很大的提高，纳米操纵能力大大加强。     

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。     

原子力显微轮廓仪系统的研究

研制了原子力显微镜（AFM）轮廓仪,介绍了AFM轮廓仪的基本原理和系统设计,并展示了多孔Al2O3薄膜、MgAl2O4薄膜和TiN薄膜的表面轮廓图。跟普通光学轮廓仪相比,该系统不需要进行复杂的光路调整,避免了光学元器件带来的误差,且工作行程不受光学孔径的制约,具有操作简单、抗干扰能力强和工作行程大的优点。实验表明,该系统具有良好的重复性、稳定性,横向分辨率为1μm,纵向分辨率为1nm。     

Conductivity of SU‐8 Thin Films through Atomic Force Microscopy Nano‐Patterning

Processing flexibility and good mechanical properties are the two major reasons for SU‐8 extensive applicability in the micro‐fabrication of devices. In order to expand its usability down to the nanoscale, conductivity of ultra‐thin SU‐8 layers as well as its patterning by AFM are explored. By performing local electrical measurements outstanding insulating properties and a dielectric strength 100 times larger than that of SiO₂ are shown. It is also demonstrated that the resist can be nano‐patterned using AFM, obtaining minimum dimensions below 40nm and that it can be combined with parallel lithographic methods like UV‐lithography. The concurrence of excellent insulating properties and nanometer‐scale patternability enables a valuable new approach for the fabrication of nanodevices. As a proof of principle, nano‐electrode arrays for electrochemical measurements which show radial diffusion and no overlap between different diffusion layers are fabricated. This indicates the potential of the developed technique for the nanofabrication of devices.     

Thermoacoustic Emission from Carbon Nanotubes Imaged by Atomic Force Microscopy

The thermoacoustic effect of isolated single‐wall carbon nanotubes aligned between electrodes is experimentally observed for the first time by imaging the emitted acoustic wave using an atomic force microscopy‐based technique specifically developed for the task. The capability of such a technique for single‐point thermoacoustic measurements is first verified on carbon nanotubes layers with two electrodes for injecting alternate electric current. The technique is then demonstrated to allow the acquisition, simultaneously with the topography, of images reflecting the pressure of the acoustic wave at fixed distance from the sample. Such a capability is used to collect images reflecting the amplitude of acoustic waves generated by isolated nanotubes and nanotube bundles by the thermoacoustic effect.     

Soft Supracrystals of Au Nanocrystals with Tunable Mechanical Properties

The elastic properties of highly ordered three‐dimensional colloidal crystals of gold nanocrystals (called supracrystals) are reported. This study is based on the simultaneous growth of two kinds of gold nanocrystal supracrystals that range in size from 5 nm to 8 nm: interfacial supracrystals and precipitated supracrystals. The elastic properties are deduced from nanoindentation measurements performed with an atomic force microscope. The Young's modulus of the interfacial supracrystals, which grow layer‐by‐layer and form well‐defined films, is compared to that of precipitated supracrystals, which are produced by homogeneous growth in solution. For the precipitated supracrystals, characterized by a thickness larger than 1 μm, the Oliver and Pharr model is used to determine the elastic moduli, which are in the gigapascal range and decrease with increasing nanocrystal size. For the interfacial supracrystals, with 300 nm average thickness, a second model (plate model) is applied in addition to the Oliver and Pharr model. These two models confirm independently that the interfacial films are very soft with Young's modulus in the range of 80–240 MPa. This result reveals a totally new feature of nanocrystal solids, never emphasized before. It is shown that these changes in the Young's modulus are related to the supracrystal growth mechanism.     

Characterization of Geoinspired and Synthetic Chrysotile Nanotubes by Atomic Force Microscopy and Transmission Electron Microscopy

Geoinspired synthetic chrysotile nanotubes both stoichiometric and 0.67 wt % Fe doped were characterized by transmission electron microscopy and electron diffraction. Bending tests of the synthetic chrysotile nanotubes were performed using the atomic force microscope. The nanotubes were found to exhibit elastic behaviour at small deformations (below ca. 20 nm). Young's modulus values of (159 ± 125) GPa and (279 ± 260) GPa were obtained from the force‐deflection curves using the bending equation for a clamped beam under a concentrated load, for the stoichiometric and the Fe doped chrysotile nanotubes, respectively. The structural modifications induced by Fe doping altered the mechanical properties, with an apparent dependence of the latter on the number of constituting walls of the nanotubes.     

纳米材料的几种扫描探针显微表征方法

扫描探针显微镜（SPM）作为一种广泛应用的表面表征工具,不仅可以表征三维形貌,还能定量地研究表面的粗糙度、孔径大小和分布及颗粒尺寸,在许多学科均可发挥作用.以纳米材料为主要研究对象,综述了国外最新的几种扫描探针显微表征技术,包括扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）和近场扫描光学显微镜（SNOM）等方法,展示了这几种技术在纳米材料的结构和性能方面的应用.     

摩擦强度对薄膜表面形态的作用:原子力显微镜下的观察

展示了摩擦强度对聚酰亚胺薄膜表面形态的影响，原子力显微图像显示，机械摩擦会使聚酰亚胺薄膜表面上形成微沟槽，这些沟槽的表面具有丰富的表面精细构造。原子显微图像还揭示了机械摩擦可以改变被磨擦聚酰亚胺膜的表面形态。     

力学性能对于原子力显微镜接近曲线的影响

该文基于Derjaguin-Muller-Toporov接触模型,研究了振幅调制原子力显微镜(AM-AFM))成像中,3种典型针尖悬臂系统与四类具有不同力学性能的材料样品在针尖样品接近过程中互作用的响应情况。研究表明相位响应与针尖样品相互作用力作用形式密切相关。通过针尖的振幅曲线可确定针尖与样品间的互作用力的性质是吸引还是排斥,本研究结果有助于在AM-AFM成像实验中优化基准值设置,以避免对样品的损害。     

超光滑光学基底表面原子力显微镜测试方法

原子力显微镜(AFM)是评价亚纳米级表面粗糙度σRMS最主要的测试仪器,但其测试结果会因采样条件(采样间距、采样点数)及测量点位置变化而改变。以AFM测试超光滑光学基底随机表面为例,应用累积功率谱理论建立了确定合理采样条件的方法,避免了采样条件选取不当带来的数据丢失或冗余;通过全局优化选取测量点和局部优化选取测量点相结合,降低了样品表面区域性差异给测试结果带来的不确定性,并大大减少了获得可靠测试结果所需的测试量。上述工作为超光滑光学基底AFM测试提供了有效方案。