原子力显微镜纳米级定位平台设计与测试技术研究

发布时间：2023-02-24 10:33

　　纳米科技在现代社会发展中起着越来越重要的作用,纳米科技的发展离不开高分辨表面分析工具的发展,原子力显微镜凭借其超高分辨率成为研究纳米科技的有力工具,在各领域有着广泛应用,其不仅可以用于物质表面结构、表面摩擦学和材料力学、电学性能的研究,还可以用于原子操纵、物质的纳米级加工等。纳米定位平台是原子力显微镜的核心部件,其直接决定了原子力显微镜的分辨率性能,本文就原子力显微镜纳米级定位平台实现毫米级行程与纳米级精度、剪切型位移平台压电驱动电路和测试技术等做了一系列的研究,主要进行了以下研究:在分析原子力显微镜和压电陶瓷驱动器原理的基础上,提出了纳米定位平台的总体设计,该平台集剪切型压电位移平台与压电陶瓷扫描器为一体,对剪切型压电位移平台进行结构设计,对其模型进行了静力学与模态分析,对其位移、应力、应变与固有频率方面进行验证;根据扫描要求,对压电陶瓷扫描器进行了结构参数设计,对其进行了模态分析,保证其工作频率满足设计要求。为保证位移的精度及性能,对压电陶瓷组的驱动电路进行设计与验证,设计一款输出性能稳定,电压精度高的压电驱动电路。根据系统性能要求进行总体设计与参数确定,对交流转直流电路、频率可调...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 原子力显微镜研究现状
        1.2.2 纳米位移平台研究现状
    1.3 主要研究内容与关键技术
第二章 原子力显微镜与压电陶瓷驱动器
    2.1 AFM工作原理
        2.1.1 AFM的工作模式
        2.1.2 探针与样品间的相互作用力
        2.1.3 频率变化与探针样品间相互作用力的关系
    2.2 压电陶瓷驱动器基本理论
        2.2.1 压电效应与逆压电效应
        2.2.2 压电陶瓷驱动器的工作原理
        2.2.3 压电陶瓷驱动器的特性
第三章 纳米级定位平台的设计与仿真分析
    3.1 纳米级定位平台总体设计
    3.2 剪切型压电位移平台的设计
        3.2.1 剪切型压电位移平台的工作原理与设计
        3.2.2 剪切型压电位移平台的静态与动态分析
    3.3 压电陶瓷扫描器的设计
        3.3.1 压电陶瓷扫描器结构设计
        3.3.2 压电陶瓷扫描器模态分析
第四章 压电驱动电路设计与分析
    4.1 压电驱动器总体方案分析
        4.1.1 压电驱动器总方案
        4.1.2 压电驱动器参数确定
    4.2 交流转直流电路设计与仿真
        4.2.1 交流转直流总体设计
        4.2.2 交流转直流电路设计
        4.2.3 交流转直流滤波稳压方法验证
    4.3 锯齿波信号发生器设计与仿真
        4.3.1 锯齿波生成器设计
        4.3.2 锯齿波信号发生器仿真验证
    4.4 信号放大器设计与仿真
        4.4.1 高压信号放大电路设计
        4.4.2 高压信号放大器仿真验证
第五章 测试技术研究
    5.1 纳米级定位平台性能测试
    5.2 集成化测试技术研究
        5.2.1 探针与样品的处理
        5.2.2 剪切型位移平台性能分析
        5.2.3 压电扫描器性能试验分析
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 进一步工作建议
参考文献
攻读硕士学位期间所取得的研究成果
致谢



本文编号：3748712