【摘 要】
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原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)自其诞生以来,因其不要求导电性及适应多种测量环境,成为纳米检测和操作领域应用最广泛的工具之一。近年来,随着纳米研究领域的快
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原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)自其诞生以来,因其不要求导电性及适应多种测量环境,成为纳米检测和操作领域应用最广泛的工具之一。近年来,随着纳米研究领域的快速发展,特别是生物科学领域的发展,高速动态检测的需求愈来愈多,如何在保证高分辨率的条件下提高扫描检测速度是当AFM研究领域的热点之一。目前,大多数高速AFM系统均基于样品台扫描方式设计,无法满足大样品的检测。为此,本文设计了一种新型的原子力显微镜测头,旨在实现大样品的高速成像检测。本论文完成的主要内容有:1,概述了AFM的发展历史及特点,高速AFM的发展需求及发展现状,分析当前制约AFM成像速度提高的各项因素及高速AFM系统存在的问题,进而提出本文的研究内容。2,对课题设计方案进行系统地说明,分析了当前AFM系统各类扫描模式进而提出课题独特的扫描模式设计方案,而后介绍了课题涉及的光学检测模块的设计,同时针对探针扫描涉及的光束跟踪误差产生的原因进行分析并提出其消除方案。3,搭建了基于柔性铰链设计的测头高速扫描机构。主要涉及串并联结构的选择,压电陶瓷的选型,柔性铰链模型的分析,机械加工材料选择,扫描器设计参数选择,惯性平衡设计和有限元仿真分析。4,为了验证设计测头的性能指标,通过实验对测头性能进行测试标定,课题设计的扫描模块在Y向和Z向共振频率分别达到了5.10kHz和17.10kHz,定位行程分别为7.00μm,8.56μm。5,最后总结课题的研究工作,分析设计存在问题,阐述后期工作需求。
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