高阶谐振式原子力显微镜系统设计及实验.pdf

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1、高阶谐振式原子力显微镜系统设计及实验HigherEigenmodesResonantAFMSystemDesignandExperiment2011年4月合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：(工作单位、职称)主席：委员：伤肫松夸J怔矽杉大名铂技拟老；徘芬廖／狙嗄专卵可专孝台渺7炊誓研玩炙导师：朔灿弋卜。^独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包

2、含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金壁王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金蟹王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密

3、的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：导师签名签字日期电话：邮编：高阶谐振式原子力显微镜系统设计及实验摘要原子力显微镜(AFM)是实现纳米检测技术的基本工具之一，AFM已经在研究纳米尺度物质的结构和特性方面取得了令人惊叹的发展，但对精密测量、定位技术的要求越来越高，纳米测量和定位技术成为精密工程领域的研究热点之一。随着应用领域的不断扩展，要求AFM具有更好的抗干扰能力，更快的扫描速度，更高的测量灵敏度和分辨率。文中依据AFM的基本的工作

4、原理，设计并研制了工作在高阶谐振模态下的一种新型的原子力显微镜系统。论文主要介绍已完成的几项设计工作：l、建立接近实际结构的微悬臂理论模型，对悬臂在高阶谐振状态下进行理论分析，确定其在不同模态下的谐振工作频率，探讨不同模态下谐振频率的规律及其悬臂力常数，并通过扫频实验验证理论结果。2、设计制造基于光杠杆原理，且工作在高阶谐振状态下的检测电路，研制的电路具有高精度、超低噪声、高转换速率。3、编写高阶谐振AFM扫描探针系统部分软件，实现激励信号的控制、直流电压信号的采集和处理、数据的保存及显示等功能。4、最后对

5、高阶谐振AFM系统进行整体性能的调试，包括关键硬件结构的调节，整体电路控制噪声的测试和信号调理电路频率相应的检测，以及通过分析不同因素对谐振检测的影响，对提出的高阶谐振理论进行了实验验证。论文通过高阶谐振理论与验证实验相结合的方式，分析AFM工作在高阶谐振状态的下的关键因素和其作用机理，验证了不同模态下谐振频率的相互关系，为高阶谐振显微镜的成功研制奠定理论基础。关键词：高阶谐振；原子力显微镜；微悬臂；悬臂力常数；谐振频率^HigherEigenmodesResonantAFMSystemDesignandE

6、xperimentAbstractAtomicforcemicroscope(AFM)isoneofbasictoolsusedinnanometermeasurement．TheimpressiveprogressofAFMintheresearchnanometermaterial’SstructureandthecharacteristichasMreadyobtained．Recently,moreandmoreattentionhasbeenpaidtohighprecisionsdetectio

7、nandpositioningtechnologies，andnanodetectionandpositioningtechnologyarebecomingtheresearchhotspotintheworld．Withtheextensionofapplicationfields，AFMrequiresabetteranti．interferenceability,fasterscanningspeed，measurementsensitivityandresolution．Basedonthebas

8、icprinciplesofAFM，anewtypeofatomicforcemicroscopesystemwasdesignedanddevelopedwhichworksinhighereigenmodes．Thispapermainlyineludesthefollowingworks：1．Se}veralmodesclosetotheactualstructurewereestablished，anda