一種新型高速原子力顯微鏡測頭結(jié)構(gòu)設計.pdf

1、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)自其誕生以來，因其不要求導電性及適應多種測量環(huán)境，成為納米檢測和操作領(lǐng)域應用最廣泛的工具之一。近年來，隨著納米研究領(lǐng)域的快速發(fā)展，特別是生物科學領(lǐng)域的發(fā)展，高速動態(tài)檢測的需求愈來愈多，如何在保證高分辨率的條件下提高掃描檢測速度是當AFM研究領(lǐng)域的熱點之一。目前，大多數(shù)高速AFM系統(tǒng)均基于樣品臺掃描方式設計，無法滿足大樣品的檢測。為此，本文設計了一種新型的原子力顯微鏡

2、測頭，旨在實現(xiàn)大樣品的高速成像檢測。
　　本論文完成的主要內(nèi)容有：
　　1，概述了AFM的發(fā)展歷史及特點，高速AFM的發(fā)展需求及發(fā)展現(xiàn)狀，分析當前制約AFM成像速度提高的各項因素及高速AFM系統(tǒng)存在的問題，進而提出本文的研究內(nèi)容。
　　2，對課題設計方案進行系統(tǒng)地說明，分析了當前AFM系統(tǒng)各類掃描模式進而提出課題獨特的掃描模式設計方案，而后介紹了課題涉及的光學檢測模塊的設計，同時針對探針掃描涉及的光束跟蹤誤差產(chǎn)生的原因

3、進行分析并提出其消除方案。
　　3，搭建了基于柔性鉸鏈設計的測頭高速掃描機構(gòu)。主要涉及串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的選擇，壓電陶瓷的選型，柔性鉸鏈模型的分析，機械加工材料選擇，掃描器設計參數(shù)選擇，慣性平衡設計和有限元仿真分析。
　　4，為了驗證設計測頭的性能指標，通過實驗對測頭性能進行測試標定，課題設計的掃描模塊在Y向和Z向共振頻率分別達到了5.10kHz和17.10kHz，定位行程分別為7.00μm，8.56μm。
　　5，最后總結(jié)課