原子力显微镜

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研究历史

实验室关于原子力显微镜的研究从2010开始到2015年结束。主要研究了原子力显微镜的温漂和位移台，期间毕业了三位博士，张连生、颜刚毅和张杰。

方向简介

扫描探针显微镜能实现样品表面形貌原子的成像以及纳米级的测量，在精密机械、材料科学、纳米技术和生物化学等基础领域得到了广泛的应用。

扫描探针显微镜的工作原理是通过机械式扫描整个样品来获得图像的，所以其成像速度受制于很多因素，包括悬臂梁的谐振频率，光路检测速率，数据采集与处理速度，扫描器件的带宽等。在扫描过程中还存在由温度变化等原因引起的漂移，这严重影响了扫描到的图像质量以及测量的精度。

研究成果

张连生博士（2011级）研究了基于微相关导引的SPM低漂移扫描方法。他发现目前校正漂移的方法大都局限于对某一区域进行连续跟踪扫描，或者使用后处理的方法对采集到的图像进行漂移校正，限制了扫描探针显微镜实时获取低漂移图像的能力。为此，张连生提出了微相关导引扫描的方法，可以在扫描探针显微镜扫描的过程中进行实时的三维方向的漂移计算和补偿。

颜刚毅博士（2012级）研究了用于高速扫描探针显微镜的高速致动器。扫描探针显微镜成像速度受制于很多因素，包括悬臂梁的谐振频率，光路检测速率，数据采集与处理速度，扫描器件的带宽等。目前主要的瓶颈在于扫描器件。他发现高速致动器会产生很大的高频惯性力会影响致动器本身的带宽，如果未加处理，则最终的工作频率将被致动器的安装结构的低频模态所限制。他提出了一种补偿惯性力的控制方法，在双致动器对称结构中，通过调节对称结构中的两个致动器之间的电压关系，来补偿不平衡的质量所引起的额外的惯性力。实验结果显示，当结构中存在不平衡质量时，支撑体的振动仍然可以得到很好的抑制，振动抑制的效果可以与传统的质量调节方法相媲美。

张杰博士（2012级）探索了原子力显微镜压电扫描器中的新型电荷驱动方法研究与应用。他在前人研究的基础上对用于压电致动器的两种新型驱动方法：开关电容电荷泵方法与结合应变反馈和电荷放大的混合驱动方法，进行了详细的理论分析与实验验证，并实现了两种方法在原子力显微镜中的应用。