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非共振轻敲模式原子力显微镜系统的研究

发布时间:2021-10-23 20:38
  随着纳米科技的飞速发展,原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)已经在各领域的科学研究得到了广泛的应用。相比传统的接触模式与轻敲模式AFM而言,非共振模式AFM能够实现对力的控制精度更高,并且在获取被测样品表面形貌的同时可获取样品的多种机械特性,因此被广泛应用到纳米科学领域当中。本文通过采用背景相减与同步算法相结合的方法搭建一套自制的非共振轻敲模式AFM系统,实现了在对被测样品进行形貌成像的同时还能够对其多种力学性质进行表征,并且优化了系统的最小可控力精度,使其最小可控力小于50p N。主要研究内容如下:(1)对非共振轻敲模式AFM系统的工作原理展开了研究。首先针对本系统对探针与样品之间相互作用力的力学模型进行了理论研究,对悬臂微偏转的检测方法进行了分析,对本文所采用的背景相减算法与同步算法所实现的非共振轻敲模式AFM的成像原理进行了详细的论述,并对其机械特性的提取方法进行了研究。(2)为了提高系统的响应速度以及易用性,对系统的最优控制策略展开了研究。通过采用继电反馈试验法与天牛群优化算法相结合实现了对系统的最优控制参数的获取,提高系统响应速度的同时也有效... 

【文章来源】:辽宁工程技术大学辽宁省

【文章页数】:72 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 研究背景与选题意义
    1.2 扫描探针显微镜国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 非共振轻敲模式AFM的理论研究
    2.1 针尖-样品相互作用力分析
    2.2 悬臂微偏转检测方法的研究
    2.3 非共振轻敲模式成像原理与方法
    2.4 机械特性的提取
    2.5 本章小结
3 非共振轻敲模式AFM系统控制策略的研究
    3.1 基于继电反馈控制获取系统临界参数
    3.2 天牛群优化算法
    3.3 仿真研究
    3.4 本章小结
4 非共振轻敲模式AFM系统的构成
    4.1 几何光路的设计
    4.2 扫描头的结构设计
    4.3 系统硬件的设计
    4.4 光电检测电路设计
    4.5 数据处理单元的设计
    4.6 本章小结
5 非共振轻敲模式AFM系统的实验
    5.1 实验准备
    5.2 力曲线的分析
    5.3 标准栅格形貌的成像
    5.4 复合材料的形貌表征与机械特性的获取
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集


【参考文献】:
期刊论文
[1]基于继电反馈PID自整定控制算法的环境温控系统实现[J]. 高继昆.  电子器件. 2019(03)
[2]基于天牛须搜索的粒子群优化算法求解投资组合问题[J]. 陈婷婷,殷贺,江红莉,王露.  计算机系统应用. 2019(02)
[3]基于图像聚焦定位的AFM自动逼近方法研究[J]. 刘剑,马骏驰,于鹏,魏阳杰,袁帅.  仪器仪表学报. 2018(01)
[4]基于随机方法的AFM探针位置最优估算研究[J]. 袁帅,尧晓,栾方军,郭耸,冯吉远.  仪器仪表学报. 2017(09)
[5]我国微纳几何量计量技术的研究进展[J]. 高思田,李琪,施玉书,李伟,黄鹭.  仪器仪表学报. 2017(08)
[6]用AFM力曲线技术测定聚合物微球的压缩杨氏模量[J]. 陈杨,钱程,宋志棠,闵国全.  材料研究学报. 2014(07)
[7]电子显微镜的现状与展望[J]. 姚骏恩.  电子显微学报. 1998(06)
[8]纳米科学与技术[J]. 白春礼.  瞭望新闻周刊. 1994(34)

硕士论文
[1]基于粒子群优化算法的多无人机自组织控制[D]. 王福星.南京邮电大学 2019
[2]继电反馈PID控制器参数自整定及其应用[D]. 王健.东北电力大学 2016
[3]双探针机器人纳米操纵系统的信号检测与处理[D]. 毛燕龙.长春理工大学 2014



本文编号:3453879

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