湿度对原子力显微镜成像的影响

发布时间：2017-10-02 04:27

  本文关键词：湿度对原子力显微镜成像的影响

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【摘要】：Atomic force microscope (AFM)解决了Scanning tunneling microscope (STM)要求待测样品材料是导电的缺陷,能显示样品的图像信息,提供力曲线的测量,对MEMS/NEMS与生物技术的发展具有潜在的推动作用,可以为首都高新技术产业的技术进步提供支持。虽然AFM的成像精度很高,赝像却仍是困扰AFM的常见问题,使得无法准确地认识材料性能。就环境湿度诱导的扫描形貌分辨率降低和赝像等问题,开展系统的理论研究、实验验证和数值模拟,以期从物理、力学机制上建立对赝像的定量认识,为最终剔除湿度带来的赝像提供参考。第一步,在理论方面,首次明确提出环境湿度会在AFM扫描图像中产生赝像,并通过理论推导说明相对湿度的变化对液桥形成的影响,以及有关液桥的几何计算。第二步,通过中间变量液桥体积V,对针样系统中,7、Fmax与RH的函数关系进行数值推导,得到正比的变化趋势,77、Fmax在RH逐渐变大的前提下会增大,特别的是在百分比振幅达到80%的时候,这种变化的幅度会加大。对液桥曲面形状进行了圆弧近似的讨论。第三步,提出通过品质因子的讨论得到不同湿度环境下微悬臂梁的一些振动特性,从而得到液桥的品质因子、断裂能的变化。在接触模式和轻敲模式两种操作条件下进行力位移曲线的测量和扫频实验,通过对实验数据的处理,得到η与RH之间的变化关系,从两个物理量之间关系的实验结果和理论推导的相似程度中,说明理论推导的正确性。对受限悬臂梁受迫振动对称性问题进行了初步的探讨。
【关键词】：赝像 湿度 品质因子 扫频实验 对称性
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH742
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 选题背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究状况13-16
• 1.3 AFM工作的原理16-23
• 1.3.1 微悬臂梁上的作用力18-19
• 1.3.2 针尖的受力19-21
• 1.3.3 AFM的工作模式21-23
• 1.4 赝像的形成23-26
• 1.4.1 由于振动引起的赝像23-24
• 1.4.2 针尖的影响24-25
• 1.4.3 参数的设置25-26
• 1.4.4 湿度效应26
• 1.5 本论文的研究重点26-28
• 第二章 变化湿度条件液桥的计算28-40
• 2.1 液桥的介绍28
• 2.2 变化湿度中液桥的形成方式28-34
• 2.2.1 水膜挤出阶段29
• 2.2.2 毛细凝聚阶段29-32
• 2.2.3 液膜流动阶段32-34
• 2.3 轻敲模式下液桥的数值计算34-38
• 2.4 小结38-40
• 第三章 不同湿度下毛细力的理论计算40-50
• 3.1 悬臂梁的振动力学模型40-41
• 3.2 轻敲模式下的毛细力41-43
• 3.3 不同湿度下毛细力的理论计算43-44
• 3.4 不同湿度下能量耗散的理论计算44-46
• 3.5 液桥表面的圆弧近似46-48
• 3.6 小结48-50
• 第四章 不同湿度下能量耗散的实验测量50-66
• 4.1 实验目的50
• 4.2 实验原理50-54
• 4.3 实验器材54-57
• 4.4 实验结果与分析57-62
• 4.5 湿度对AFM悬臂梁的影响62-64
• 4.6 小结64-66
• 第五章 受限悬臂梁受迫振动的对称性66-76
• 5.1 受限悬臂梁受迫振动问题的提出66-71
• 5.2 D不变的ABAQUS模拟结果71-73
• 5.3 K不变的ABAQUS模拟结果73-75
• 5.4 小结75-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 附录82-90
• 附录Ⅰ 悬臂梁振动力学模型82-86
• 附录Ⅱ 模态函数的求解86-90
• 致谢90-92
• 研究成果及发表的学术论文92-94
• 作者与导师简介94-95
• 附件95-96

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈少勇;魏征;;原子力显微镜轻敲模式下由液桥引起的能量耗散[J];力学与实践;2015年05期

2 陈科球;谢伟广;;原子力显微镜探针选择及常见故障解决方法[J];实验室研究与探索;2014年07期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 贾小氢;铌基超薄薄膜的制备、优化与表征[D];南京大学;2014年

2 任占冬;磁控溅射制备合金电极及相关电催化研究[D];武汉大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 潘松海;铝诱导CdZnTe多晶薄膜的制备及物理特性研究[D];北京化工大学;2013年

2 占臻妮;半金属霍伊斯勒型合金及其物理特性研究[D];华东师范大学;2013年

3 李蓉;胰岛素纤维为模板制备金属钯纳米线[D];宁波大学;2013年

4 陈文娟;金属/TiO_2薄膜复合光催化剂的可见光催化性能研究[D];苏州大学;2014年

5 刘明月;采用显微监控的可选区原子力显微镜研究[D];浙江大学;2014年

6 陈强;基于高分辨率成像技术的页岩孔隙结构表征[D];西南石油大学;2014年

7 严慧敏;PEDOT:PSS掺杂对聚合物太阳电池性能影响的研究[D];江南大学;2014年

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本文编号：957575