掃描探針顯微鏡是納米尺度性能表征的最有效手段,而其傳感器原件的選取決定了納米尺度性能表征的精度、穩(wěn)定性、測量范圍、應(yīng)用范圍等。石英音叉因具有高品質(zhì)因數(shù)、高彈性系數(shù)以及自激發(fā)自檢測等特性,因而可以用于各種極端環(huán)境,并逐步替代傳統(tǒng)微懸臂梁傳感器而被廣泛應(yīng)用于掃描探針顯微鏡中。但是,石英音叉振動(dòng)的非對(duì)稱性,以及測量中彈性力和損耗力的耦合問題造成了校準(zhǔn)誤差,并嚴(yán)重影響了其在納米力學(xué)測量應(yīng)用中的準(zhǔn)確性,因而需要得到有效解決。本文引入了石英音叉兩叉腳的振幅比和相位差作為非對(duì)稱振動(dòng)參量,重新研究了石英音叉的二維耦合諧振子模型,確定了非對(duì)稱作用力梯度、阻尼和兩叉腳質(zhì)量差對(duì)校準(zhǔn)常數(shù)的影響。結(jié)果表明,力梯度和阻尼引起非對(duì)稱振動(dòng)結(jié)果是由于兩叉腳在基座處的彈性耦合作用產(chǎn)生的,其中,力梯度作用下石英音叉主要產(chǎn)生諧振頻率的變化和兩叉腳振幅比的變化,并且諧振頻率變化和兩叉腳振幅比的變化分別與力梯度呈正比例關(guān)系和負(fù)比例關(guān)系;阻尼作用下石英音叉主要產(chǎn)生激發(fā)電壓的變化和兩叉腳相位差的變化,并且激發(fā)電壓的變化和兩叉腳相位差的變化分別與阻尼呈正比例關(guān)系和負(fù)比例關(guān)系。力梯度和阻尼雖然導(dǎo)致了石英音叉的非對(duì)稱性振動(dòng),但未對(duì)校準(zhǔn)常數(shù)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

SPM在各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用：(a)

圖 1-2 AFM 的工作模式Fig. 1-2 Work mode of AFM 非接觸模式接觸模式 AFM（Noncontact Dynamic AFM，NC-AFM）顧名思

其結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。依據(jù)微懸臂的結(jié)構(gòu)尺寸可以計(jì)算得到微懸臂的彈性系數(shù)及諧振頻率。目前，常 100 μm ~ 500 μm 范圍內(nèi)，寬度在 10 μm ~ 40 μm 范圍內(nèi) μm 范圍內(nèi)，硅和氮化硅的彈性模量分別為 190GPa 和算得到懸臂梁的工作頻率大于 10 kHz，彈性系數(shù)一般是 N·m 1范圍內(nèi)變化。在實(shí)際測量中，可以依據(jù)待測樣品選擇合適的微懸臂梁，例如結(jié)構(gòu)尺寸、材料種類以及針


本文編號(hào)：3560360