發(fā)布時間：2023-10-29 11:03

　　納米科技經(jīng)過半個世紀的快速發(fā)展,已經(jīng)成為一門集前沿性、交叉性和多學科特征的新興研究領(lǐng)域。在包括復合材料、生物細胞和微納器件等領(lǐng)域,對能夠?qū)崿F(xiàn)無損、無標記、快速和超高分辨率成像樣品表面、界面以及表面以下結(jié)構(gòu),同時能夠提供關(guān)于材料力學特性信息的表征方法有著迫切的需求。面向以上需求,原子力顯微鏡作為近三十年來納米科學和納米技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵儀器之一,表現(xiàn)出了巨大的潛力。在其眾多的模式中,基于多頻模式的高次諧波原子力顯微術(shù)因其具有納米級的空間分辨率、超高力檢測靈敏度等優(yōu)點在特定的領(lǐng)域中有著重要的前景。在輕敲模式原子力顯微術(shù)中,通過對微探針施加激勵,使其以接近諧振狀態(tài)的頻率做簡諧振動。當針尖與樣品的間距適中時,它將在每個周期中與樣品間歇式接觸。由于相互作用力的存在,導致懸臂梁的振動產(chǎn)生非線性。這種非線性信號中包含大量與樣品屬性有關(guān)的高次諧波響應。高次諧波因成像簡單易實現(xiàn)、力靈敏度高、分辨率高而受到廣泛關(guān)注。本論文針對高次諧波原子力顯微術(shù)在納米力學表征及次表面結(jié)構(gòu)成像中存在的相關(guān)問題,以探針振動力學為基礎,主要開展了微懸臂梁動力學分析、高次諧波應用拓展和信號增強以及次表面成像能力評價等方面的研究工作。...

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 納米力學特性表征
        1.1.1 納米壓痕技術(shù)
        1.1.2 基于原子力顯微術(shù)的技術(shù)
        1.1.3 高次諧波原子力顯微術(shù)
    1.2 高次諧波原子力顯微術(shù)技術(shù)特點
        1.2.1 技術(shù)優(yōu)勢
        1.2.2 局限性
    1.3 研究內(nèi)容及章節(jié)安排
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 章節(jié)安排
第2章 多力場作用下探針振動特性分析
    2.1 探針的力學特性
    2.2 探針動力學模型
        2.2.1 歐拉-伯努利連續(xù)梁模型
        2.2.2 等效質(zhì)點-彈簧系統(tǒng)模型
    2.3 針尖-樣品間相互作用力
        2.3.1 長程吸引力
        2.3.2 接觸力學模型
        2.3.3 毛細力和靜電力
    2.4 高次諧波原子力顯微術(shù)
        2.4.1 針尖在近表面的動力學
        2.4.2 高次諧波產(chǎn)生
        2.4.3 檢測靈敏度
    2.5 本章小結(jié)
第3章 高次諧波影響因素分析和成像應用
    3.1 影響因素分析
        3.1.1 調(diào)制振幅
        3.1.2 驅(qū)動頻率
        3.1.3 激光光斑位置
    3.2 高次諧波成像應用
        3.2.1 納米復合材料樣品制備
        3.2.2 儀器設備與探針標定
        3.2.3 多相材料區(qū)分和混合比測量
    3.3 本章小結(jié)
第4章 高次諧波增強的微懸臂梁優(yōu)化設計
    4.1 高次諧波成像中的相關(guān)問題
    4.2 諧波懸臂梁的設計
        4.2.1 模型建立
        4.2.2 解析模型
        4.2.3 頻率調(diào)控靈敏度
        4.2.4 頻率特性調(diào)控
    4.3 信號增強效果驗證
        4.3.1 成像測試
        4.3.2 成像理論模擬分析
    4.4 高加工容差諧波懸臂梁
        4.4.1 高加工容差諧波梁的設計
        4.4.2 可行性驗證
    4.5 本章小結(jié)
第5章 高次諧波次表面成像能力研究
    5.1 次表面成像研究現(xiàn)狀
    5.2 高次諧波異質(zhì)顆粒結(jié)構(gòu)檢測研究
        5.2.1 異質(zhì)結(jié)構(gòu)樣品制備
        5.2.2 次表面成像實驗
        5.2.3 顆粒掩埋深度
        5.2.4 深度檢測極限
        5.2.5 檢測靈敏度
    5.3 液體環(huán)境下高次諧波次表面成像能力研究
        5.3.1 液體環(huán)境下的高次諧波
        5.3.2 次表面參考樣品設計
        5.3.3 液相下高次諧波次表面成像實驗
        5.3.4 探針動力學分析
        5.3.5 空穴結(jié)構(gòu)簡化模型
        5.3.6 次表面檢測深度定量分析
        5.3.7 次表面成像機制
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 主要工作總結(jié)
        6.1.1 本論文的主要研究內(nèi)容
        6.1.2 本論文主要創(chuàng)新點
    6.2 后續(xù)工作展望
參考文獻
致謝
在讀期間取得的研究成果



本文編號：3857949