基于PVDF薄膜振動梁式測頭的新型輕敲式掃描探針顯微系統(tǒng)研制.pdf

1、掃描探針顯微鏡(SPM)是一系列分辨率可達(dá)原子量級的表面性質(zhì)探測儀器的總稱，這類儀器在計量學(xué)、微機電學(xué)、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。文中在研究掃描力顯微鏡(SFM)工作原理的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種新型的由聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜振動梁式測頭構(gòu)成的輕敲掃描探針顯微系統(tǒng)。 文中完成的研制工作主要為以下幾部分：微針尖制備部分中，介紹和比較了多種電化學(xué)研磨的原理和優(yōu)缺點并做出針對性改進(jìn)，提出了改進(jìn)的直流電化學(xué)研磨法，并運用該方法

2、制備了一系列微針尖并分析了影響探針成型質(zhì)量的各因素。在掃描力測頭方面，闡述了所研制的新型輕敲掃描測頭的構(gòu)成及工作原理。通過系列實驗，分析并優(yōu)化了影響測頭性能的各項參數(shù)。最后測定出輕敲掃描測頭的共振頻率、電信號振幅、機械彈性常數(shù)和品質(zhì)因數(shù)等核心性能。微小形變的檢測和處理部分中，根據(jù)系統(tǒng)中信號的特點，制作并調(diào)試了電荷型前置放大、電壓放大、真有效值轉(zhuǎn)換和濾波等檢測、處理電路。在反饋控制方面，搭接系統(tǒng)各部分使之形成電壓振幅反饋型控制回路，并為適

3、合這一反饋特征改進(jìn)了已有控制程序。在整系統(tǒng)的性能測試中，確定了掃描試樣時所需設(shè)置的電壓比較值、比例和積分常數(shù)、掃描速度等參數(shù)。然后進(jìn)行了多組實際試樣的掃描并做出三維形貌圖像，再根據(jù)實測效果改善了試樣掃描時的各參數(shù)設(shè)置；最后對文中所設(shè)計系統(tǒng)所能達(dá)到的性能指標(biāo)做出分析和評定。 文中敘述的各研究結(jié)果表明，所研制的新型掃描探針顯微系統(tǒng)可以實現(xiàn)高空間分辨率、低測量力、適合各種材料、滿足亞毫米微觀高度差的表面形貌的測量，而這也符合了研制該儀