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数字解调自激励频率调制原子力显微镜被引量：4: 2011年; 研制了以石英音叉探针作为力传感器的频率调制原子力显微镜(FM-AFM)。利用石英音叉具有压电特性且品质因数高的特点,采用正反馈回路控制石英音叉自激振动于实时共振频率处,通过反馈回路中设置自动增益控制环节控制石英音叉振幅恒定;以简单的标定方法,由流经石英音叉的电流定量计算出石英音叉探针的振动幅度;设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)芯片的数字锁相环算法,实现了对石英音叉共振频率的数字化解调。结合实验室自制的AFM控制器,实现了频率调制成像功能,得到了多种样品的清晰图像。; 华宝成钱建强杨勇姚骏恩; 关键词：自激励

原子力显微镜探针悬臂几何结构变化对高次谐波信息增强的研究: 2013年; 轻敲模式原子力显微镜高次谐波信号包含待测样品表面纳米力学特性等方面的信息,但是传统原子力显微镜的高次谐波信号非常微弱.里兹法证明在探针悬臂的特定位置打孔可以实现探针的内共振从而增强高次谐波信号强度.本文通过有限元仿真计算获得探针第一共振频、第二共振频及其比值随着孔的尺寸和位置变化的规律.在实验上通过聚焦离子束在探针悬臂上打孔使其第二共振频约为第一共振频的6倍,提高了第6次谐波信号的信噪比,并在实验室研制的高次谐波成像实验装置上获得了6次谐波图像.; 杨海艳王振宇李英姿张维然钱建强; 关键词：高次谐波

原子力显微镜引力域成像的驱动频率优化研究被引量：1: 2012年; 探针的驱动频率是决定轻敲模式原子力显微镜工作域的重要因素之一。高于共振频率的驱动频率可明显促进探针工作在引力域。本文研究了驱动频率对探针在两个工作区域即引力域和斥力域之间进行转换的重要影响。采用数值仿真的方法针对不同的驱动频率研究了振幅距离曲线和行扫描曲线。结果证明不同的驱动频率对探针工作在引力域的促进作用不同,当选择高于共振频率且探针振幅下降到自由状态下共振振幅的30%时所对应的驱动频率附近,此时的驱动频率对引力域成像促进效果最好。; 王伟王伟华宝成李英姿; 关键词：原子力显微镜轻敲模式驱动频率

原子力显微镜的几种成像模式简介被引量：19: 2013年; 原子力显微镜自发明以来经历了由静态模式到动态模式的转变,又从单一频率激励模式发展到多频激励模式并发展出新的高次谐波成像方法。在这个过程中,其应用范围得到明显的拓展;图像的空间分辨率得到有效的提高;成像的功能也变得更加多样化、更加全面。本文基于原子力显微镜的发展历程,阐述了不同阶段的原子力显微镜在技术上几次重要的革新;讨论分析了多频激励原子力显微镜和高次谐波成像技术;以及对其未来发展的方向进行了展望。; 陈注里李英姿钱建强阳睿; 关键词：动态模式多频激励高次谐波成像

基于压电陶瓷迟滞特性模型的原子力显微镜仿真平台研究被引量：2: 2012年; 将基于双二次拉格朗日插值方法的压电陶瓷迟滞非线性Preisach模型,加到原子力显微镜(AFM)仿真平台中,实现在任意加压情况下由于迟滞效应所产生的图像畸变的仿真,更准确地反映原子力显微镜的扫描结果,使得学生在仿真实验中能更好地掌握AFM实验的真实情况.为了校正样品图像的畸变,提出搜索求逆算法,并利用此算法对Preisach模型进行精确求逆,通过改变输入电压抵消了压电陶瓷迟滞效应带来的非线性特性.仿真结果表明,该方法有效地校正了样品图像的畸变.; 蒋沙汝李小凤李英姿钱建强李渊; 关键词：PREISACH模型原子力显微镜

Elimination of bistability in constant-phase mode in atomic force microscopy: 2012年; By presenting the phase properties of bistability in amplitude-modulation atomic force microscopy, we put forward a technique, the constant-phase mode, which may eliminate bistability. Using this approach, we keep the phase shift between driving and oscillation constant, slightly above -90°. In addition to the adjustment of the free amplitude, we add to amplitude-modulation atomic force microscopy another feedback so that the tip always oscillates in the high-amplitude state. A numerical simulation is carried out to demonstrate that the algorithm prevents bistability effectively.; LI YingZiQIAN JianQiangLI XiaoFengLI YuanHUA B aoChengYAO-JunEn; 关键词：相位特性驾驶执照相模式

在一种新的聚合物网络液晶材料上刻写相光栅及其特性被引量：1: 2011年; 研究在负性液晶N-(4-甲氧基亚苄基)对丁基苯胺(MBBA)中溶解聚合物形成一种新型聚合物的网络液晶(PNLC)体系.该体系中溶解的聚合物不需光辐照即可自发形成聚合物网络结构,利用双光束干涉法在该网络上刻写相光栅.比较MBBA液晶掺杂聚合物前后所形成Williams畴的条件和形貌差异,聚合物网络结构使得MBBA液晶形成Williams畴的信号频率由50.3 Hz提高到622 Hz.在未掺杂聚合物的情况下,MBBA液晶的Williams畴在信号频率为65.9 Hz时即开始逐渐消退,但具有网络结构后,MBBA液晶的Williams畴并未消退,从而提高了液晶取向的稳定性.而且聚合物网络所记录的相光栅与在电场作用下液晶形成的相光栅互不干扰.; 孔祥忠徐则达

原子力显微镜高次谐波幅度对样品弹性性质表征的研究: 2013年; 轻敲模式下原子力显微镜微悬臂探针在接近其基态共振频率的外加驱动下振荡,其末端针尖周期性靠近、远离样品,产生于针尖与样品非线性相互作用过程中的高次谐波信号包含更多的待测样品表面纳米力学特性等方面的信息.通过理论分析、计算,系统地研究了针尖与样品接触时间受样品弹性模量的影响,以及高次谐波幅度与接触时间的关系,获得了通过高次谐波幅度区分待测样品表面弹性性质差异的规律.并在自制的高次谐波成像实验装置上,得到了与理论预期一致的实验结果.; 张维然李英姿王曦王伟钱建强; 关键词：弹性模量

应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究被引量：2: 2011年; 石英音叉作为力传感器广泛地应用于各种扫描探针显微镜,主要涉及石英音叉的同相振动和反相振动两种振动模式.通过实验方法和有限元仿真方法对石英音叉的两种振动模式进行研究,发现石英音叉的双臂之间以及双臂与音叉的基部之间都存在耦合作用,双臂之间的耦合使音叉的反相共振频率升高,双臂与基部之间的耦合使音叉的同相共振频率降低.针对两种振动模式的动态特性建立了石英音叉的机械模型并进行合理简化.简化模型是一个四弹簧三质点系统,计算了简化模型的参数.通过一个音叉臂等效质量变化与音叉反相共振频率变化之间的定量关系证明了简化机械模型能够准确地反映石英音叉应用在扫描探针显微镜中的机械特性.; 华宝成钱建强王曦姚骏恩; 关键词：扫描探针显微镜石英音叉机械模型

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国家自然科学基金(11074019)