原子力显微镜纳米级定位平台设计与测试技术研究

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纳米科技在现代社会发展中起着越来越重要的作用,纳米科技的发展离不开高分辨表面分析工具的发展,原子力显微镜凭借其超高分辨率成为研究纳米科技的有力工具,在各领域有着广泛应用,其不仅可以用于物质表面结构、表面摩擦学和材料力学、电学性能的研究,还可以用于原子操纵、物质的纳米级加工等。纳米定位平台是原子力显微镜的核心部件,其直接决定了原子力显微镜的分辨率性能,本文就原子力显微镜纳米级定位平台实现毫米级行程与纳米级精度、剪切型位移平台压电驱动电路和测试技术等做了一系列的研究,主要进行了以下研究:在分析原子力显微镜和压电陶瓷驱动器原理的基础上,提出了纳米定位平台的总体设计,该平台集剪切型压电位移平台与压电陶瓷扫描器为一体,对剪切型压电位移平台进行结构设计,对其模型进行了静力学与模态分析,对其位移、应力、应变与固有频率方面进行验证;根据扫描要求,对压电陶瓷扫描器进行了结构参数设计,对其进行了模态分析,保证其工作频率满足设计要求。为保证位移的精度及性能,对压电陶瓷组的驱动电路进行设计与验证,设计一款输出性能稳定,电压精度高的压电驱动电路。根据系统性能要求进行总体设计与参数确定,对交流转直流电路、频率可调锯齿波信号发生器以及高压信号放大器模块通过不同方案的对比论证其回路性能,利用multisim验证回路设计的合理性和可靠性,选择合适的电路组成结构完成了压电驱动电路系统设计要求。通过搭建的试验系统,对设计的纳米定位平台进行直接测试;由于设计的定位平台未实现与原子力显微镜进行集成,本文采用搭建的超高真空原子力显微镜对纳米定位平台的测试技术进行研究,进行样品与探针接近实验与高分辨率成像,对下一步的集成测试具有指导意义。
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