本文關(guān)鍵詞：輕敲模式下AFM快速掃描技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《天津大學(xué)》 2008年

輕敲模式下AFM快速掃描技術(shù)的研究

蘇琪  

【摘要】： 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,簡稱AFM)作為納米技術(shù)研究的重要工具,其廣泛應(yīng)用支持和推動著納米技術(shù)的飛速發(fā)展。從AFM發(fā)明至今,人們一直在致力于對原子力顯微鏡不斷的完善和使其成為更加通用的儀器的研究。傳統(tǒng)的AFM在輕敲模式下成像速度較低,限制了AFM對動態(tài)過程的觀測能力。這主要是由于探針機械振動響應(yīng)較慢及探針高頻機械振動不穩(wěn)定性等因素造成的。提高AFM在輕敲模式下的掃描速度,有利于觀測到生物的動態(tài)過程,對于完善原子力顯微鏡功能非常重要,并且將對生物等其他領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。 本論文通過對國內(nèi)外AFM快速掃描技術(shù)的研究,將理論與實驗相結(jié)合,分析了影響輕敲模式下AFM掃描速度的關(guān)鍵因素及其機理,并著重研究了AFM反饋帶寬對掃描速度的限制,通過實驗驗證了探針諧振頻率及AFM參數(shù)設(shè)置對掃描速度影響的機理分析的準(zhǔn)確性,奠定了研究建立高速AFM系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。論文主要包括以下幾個方面: 1.依據(jù)AFM工作原理,提出了輕敲模式下AFM快速掃描技術(shù)的研究目的和意義,解釋了AFM掃描速度的基本概念,結(jié)合國內(nèi)外文獻在快速掃描方面的成果,理論分析了AFM快速掃描技術(shù)的研究現(xiàn)狀,并對本課題主要工作進行了說明。 2.理論分析了探針掃描臺階上下沿的過程,討論了反饋系統(tǒng)成像帶寬、誤差信號飽和現(xiàn)象、探針振幅至電壓信號轉(zhuǎn)換及AFM掃描參數(shù)等因素對AFM掃描速度的影響。 3.依據(jù)反饋系統(tǒng)基本原理,說明了AFM反饋系統(tǒng)的工作原理,分析了探針和驅(qū)動器帶寬對AFM成像帶寬的限制機理,并結(jié)合反饋系統(tǒng)理論提出新型AFM反饋系統(tǒng)方案。 4.利用現(xiàn)有的Veeco公司的Multi-Mode原子力顯微鏡,實驗分析了在輕敲模式下不同諧振頻率的AFM探針對掃描速度的影響,驗證了探針諧振頻率影響AFM掃描速度理論分析的準(zhǔn)確性。 5.利用Multi-Mode原子力顯微鏡,設(shè)計了AFM參數(shù)設(shè)置對掃描速度影響的實驗,通過實驗分別分析了掃描頻率、設(shè)定值、比例增益、積分增益等AFM儀器參數(shù)與掃描速度的關(guān)系,驗證了AFM參數(shù)設(shè)置影響掃描速度理論分析的準(zhǔn)確性。 6.通過對論文工作的總結(jié),對本論文下一步工作進行了展望,主要包括分析樣品在液體中成像時AFM掃描速度影響,構(gòu)建AFM高速反饋系統(tǒng),結(jié)合高速反饋系統(tǒng)進行帶寬分析等。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH742
【目錄】：

中文摘要3-5

ABSTRACT5-9

第一章 緒論9-20

1.1 課題研究的目的及意義9-10

1.2 原子力顯微鏡基本原理與成像模式10-11

1.3 原子力顯微鏡掃描速度基本概念11-13

1.4 原子力顯微鏡快速掃描技術(shù)研究現(xiàn)狀13-18

1.4.1 采用積分式激勵的探針以提高諧振頻率13-14

1.4.2 采用ZnO薄膜激勵和動態(tài)Q控制提高成像速度14-15

1.4.3 xy向掃描與z向掃描分開15-17

1.4.4 采用基于模型的控制方式17-18

1.5 本課題的主要工作18-20

第二章 輕敲模式下影響AFM掃描速度的主要因素及其機理分析20-28

2.1 影響 AFM 掃描速度的主要因素20-22

2.2 下降沿掃描速度分析22-24

2.3 上升沿掃描速度分析24-26

2.4 反饋系統(tǒng)帶寬26

2.5 誤差信號飽和26-27

2.6 方均根振幅至電壓信號(rms-to-dc)轉(zhuǎn)換器27

2.7 AFM參數(shù)設(shè)置對掃描速度的影響27-28

第三章 反饋系統(tǒng)對 AFM 掃描速度的影響28-43

3.1 反饋系統(tǒng)概述28-34

3.1.1 典型反饋系統(tǒng)28-29

3.1.2 反饋控制原理29-31

3.1.3 原子力顯微鏡PID控制器31-34

3.1.3.1 模擬PID控制器31-32

3.1.3.2 數(shù)字PID控制算法32-34

3.2 原子力顯微鏡反饋系統(tǒng)工作原理34-35

3.3 原子力顯微鏡反饋控制對掃描速度的影響35-39

3.3.1 探針帶寬分析36-37

3.3.2 反饋驅(qū)動帶寬分析37-39

3.4 以提高反饋帶寬為目的的反饋系統(tǒng)39-43

3.4.1 設(shè)定值前饋校正系統(tǒng)設(shè)計40-41

3.4.2 雙自由度(2DOF)控制器設(shè)計41-43

第四章 探針諧振頻率對掃描速度的影響實驗43-48

4.1 實驗儀器及樣品43-44

4.2 實驗設(shè)計及結(jié)果分析44-48

第五章 AFM參數(shù)設(shè)置對掃描速度的影響實驗48-57

5.1 實驗儀器及樣品48-49

5.2 實驗過程49-55

5.2.1 掃描頻率的影響49-52

5.2.2 設(shè)定值(Setpoint)的影響52-53

5.2.3 積分增益和比例增益的影響53-55

5.3 實驗結(jié)果分析55-57

第六章 總結(jié)與展望57-59

參考文獻59-63

參加科研情況說明63-64

致謝64

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9 石瑋;郭正洪;戎詠華;陳世樸;徐祖耀;;原子力顯微鏡測定馬氏體相變切變角新方法[A];第十一次全國電子顯微學(xué)會議論文集[C];2000年

10 魯晶晶;景黎君;李盡義;韓瑞;方桂遠(yuǎn);彭濤;張博愛;賈延劼;;Caveolin-1對大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞神經(jīng)分化影響的原子力顯微鏡觀察[A];中華醫(yī)學(xué)會第十三次全國神經(jīng)病學(xué)學(xué)術(shù)會議論文匯編[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 毛黎　張巍巍;[N];科技日報;2010年

2 郝清霞;[N];中國包裝報;2002年

3 記者 錢錚;[N];新華每日電訊;2008年

4 孝文;[N];江蘇科技報;2009年

5 王力;[N];中國包裝報;2003年

6 粵雯;[N];中國包裝報;2004年

7 馮衛(wèi)東;[N];科技日報;2009年

8 本報記者 劉霞;[N];科技日報;2010年

9 楊燁;[N];人民公安報;2003年

10 何屹;[N];科技日報;2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 章健;原子力與光子掃描隧道組合顯微鏡功能性樣機[D];大連理工大學(xué);2005年

2 龍飛;基于原子力顯微鏡的高效率DNA納米操縱系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2011年

3 伏霞;探針掃描式液相原子力顯微鏡技術(shù)及系統(tǒng)研制[D];浙江大學(xué);2011年

4 徐臨燕;納米梁諧振器的測試與表征方法研究[D];天津大學(xué);2009年

5 李立新;材料表面納米尺度力學(xué)及電學(xué)特性的原子力顯微鏡研究[D];燕山大學(xué);2006年

6 王飛;原子力顯微鏡微懸臂梁剛度測量研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 金燕;原子力顯微鏡用于核酸相互作用的研究[D];湖南大學(xué);2004年

8 王永進;SOI光波導(dǎo)器件及其增透膜的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2005年

9 金陽;可德膠（Curdlan）多糖分子構(gòu)象及其衍生物的研究[D];上海交通大學(xué);2007年

10 徐宗偉;原子力顯微鏡碳納米管探針的制備及其檢測性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蘇琪;輕敲模式下AFM快速掃描技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2008年

2 黃飛程;CD_8~+T細(xì)胞表面受體分析和骨形態(tài)蛋白對人乳腺癌細(xì)胞的作用及機理研究[D];暨南大學(xué);2010年

3 李樹民;微懸臂梁品質(zhì)因數(shù)調(diào)控模塊研究[D];天津大學(xué);2007年

4 于淼;癌細(xì)胞納米力學(xué)性能測試方法的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

5 牛頓;液相原子力顯微鏡懸臂梁動態(tài)特性與成像分析[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

6 張晶;納米材料表面形貌和粒徑的原子力顯微鏡研究[D];吉林大學(xué);2006年

7 張濤;原子力顯微鏡在材料和生命科學(xué)中的應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2008年

8 王宏霞;碳納米管操控加工的研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2005年

9 劉濟春;IPC-208B型原子力顯微鏡的鏡體設(shè)計及其應(yīng)用[D];重慶大學(xué);2005年

10 原劍;大掃描范圍原子力顯微鏡的研制[D];中國科學(xué)院研究生院（電工研究所）;2006年

  本文關(guān)鍵詞：輕敲模式下AFM快速掃描技術(shù)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：246033