近年来在微纳操作领域原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)作为基本的操作工具得到广泛应用。AFM不仅可以通过对样品表面扫描得到高分辨率成像,还可以对纳米级材料进行加工及操作。AFM作为纳米级的测量及加工工具,在物理、化学和生物学等不同学科的研究中起着至关重要的作用。AFM操作纳米颗粒受到众多学者的深入研究。在AFM推动纳米颗粒运动过程中,由于探针推动力方向受到针尖形貌影响,探针与纳米颗粒之间的有效接触点位置及推力方向难于确定,以及AFM在操作时不能同时对样品进行扫描成像,无法得到实时的视觉反馈,导致很难建立有效的操作模型,严重影响纳米颗粒操作的稳定性,使操作结果不可控,降低了操作效率。综上所述,原子力显微镜在操作纳米颗粒的过程中仍然存在很多问题需要解决。本文通过对国内外纳米操作模型等相关研究现状进行分析,对建立纳米操作模型展开了深入研究,论文工作描述如下。操作模型建立:在纳米颗粒受力分析基础上,基于最小作用量原理,使推力最小,发现纳米颗粒做旋转平移运动时遵循的规律,以此规律作为约束条件建立平衡方程,考虑了探针针尖与纳米颗粒之间接触点位置,以及推力方向与使纳米颗粒运动的合力方向的关系,建立探针推动纳米颗粒的操作模型,预估AFM操作纳米颗粒后粒子位置,以此为基础仿真纳米颗粒在不同时期的位置变化情况,拟合运动轨迹。模型求解及影响因素:由于所建立模型方程的复杂性,无法得到解析解,利用蒙特卡洛方法及龙格库塔方法求解模型,获得方程数值解。研究中分析了模型参数对模型准确性的影响,探针及纳米颗粒有效半径对仿真试验中推动距离的影响,探针形貌对推力方向的影响,仿真推动步长对模型结果的影响。提出推力方向估算方法,对影响模型精度的参数进行了标定。仿真试验验证:通过仿真试验与实际操作结果的对比,对需要标定的参数进行调整,达到最佳试验效果,通过多次的试验分析及算法程序调试,以及大量的实验操作来研究与验证模型的有效性。根据对比分析实际纳米操作结果与仿真试验,验证所建立的操作模型可以有效预测纳米颗粒的运动趋势,对纳米颗粒的操作有指导作用,减少重新扫描的次数,提高了操作效率。通过仿真试验与实际操作结果的对比进行了参数的标定,明确了摩擦力系数,有助于进一步研究AFM探针针尖与样品间的摩擦力作用及AFM操作。