摘要：微纳加工过程中,常有样品需要进行聚焦离子束(FIB)溅射、切割,扫描电子显微镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)表征,而这三类仪器都需要将样品固定在样品台上才可测试,固定不佳会影响表征结果.但固定好的样品在不同仪器之间转移、拆卸、再固定的过程中极易受到破坏.基于以上问题,设计了AFM-SEM-FIB样品共定位系统,可实现样品在此三种仪器之间的无损转移及共定位,避免珍贵样品破坏及目标丢失,以及解决AFM扫描无法控制方向、迅速调整位点等问题.在微纳表征中有优异的表现,系统已被开发成产品并量产销售.

摘要：加强实践教学环节已成为各年龄段教学工作的重要要求和实施课程思政的重要手段。基于原子力显微镜开设面向大中小学生的开放型实验课程,探索实践融入课程思政的新方案和大型仪器设备开放共享的新途径,为大型仪器设备的社会化开放提供新思路,也是课程思政一体化建设的有益尝试。

摘要：欧拉-伯努利梁模型和一维弹簧振子模型是原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)的动力学理论基础。该文章提出了计算等效阻尼的新方法,并分别用挠曲线函数和一阶振型函数两种简化方式计算了由欧拉-伯努利梁模型简化为一维弹簧振子模型的等效质量、等效刚度和等效阻尼,并对两种简化方式进行了比较。在各项参数等效的基础上,进一步对固定端位移激励下悬臂梁的响应振幅进行了探讨。最后设计了无针尖探针远离样品处的扫频实验,实验表明用一阶振型函数简化所得的理论结果和实验吻合较好。该结果为原子力显微镜的动力学特性研究提供了理论参考。

摘要：目的运用原子力显微镜(AFM)分析不同能量密度激光辐照对人牙本质表面有机质及微纳米晶体结构的影响。方法收集新鲜拔除的无龋、无损伤、无脱矿及无发育不良的人第三磨牙,制作厚度为1.0 mm的牙本质切片样本,样本采用随机区组设计,用6.18、8.04、9.89、11.1 J·cm^(-2)能量密度的激光面扫描人牙本质,运用AFM的相位成像技术及扫描电镜的能谱仪分析该激光照射前后的牙本质表面有机物成分及微纳米晶体结构改变。结果经AFM相位成像技术分析,随着激光照射能量密度的增加,牙本质表面有机质所占的比例减少,无机质所占的比例增加;但牙本质表面无熔融现象,牙本质羟磷灰石纳米晶体颗粒相互团聚,但仍可见颗粒间存在清晰的界限及颗粒形态,未见完全融合、增大的颗粒。能谱仪分析表明,牙本质表面元素主要为Ca、P、O、C、Na、Mg、Cl等,LSD检验结果显示,激光照射后C、O、Na元素及C/Ca比值下降,Ca、P元素及Ca/P比值升高(P<0.05)。结论6.18、8.04、9.89、11.1 J·cm^(-2)能量密度的激光辐照人牙本质,会造成牙本质表面有机质的减少,但不会明显改变牙本质微纳米晶体结构。

摘要：针对基于模拟电路的原子力显微镜探针振动检测系统噪声高,抗干扰能力差,以及基于数字集成电路的检测系统对不同控制系统兼容性差,成本高的缺点,且探针位移小,频率高的特点以及光电信号检测的准确度和精确度都对成像质量有直接影响,文中设计一种高增益、宽频带的基于运算放大器的探针信号运算处理电路,实现对原子力显微镜四象限微弱光电信号的检测、放大、逻辑运算以及滤波功能。实验表明:电路可以对四象限微弱电流信号进行I-V转换,放大增益可以达到40 d B以上,同时逻辑运算电路可检测共振频率为70 k Hz~2 MHz的探针振动信号,涵盖了原子力显微镜的探针振动工作范围。该电路很好地抑制寄生电容的影响,检测系统整体热噪声低于100mHz√Hz。

摘要：岩石材料的微观非均匀结构和微观力学特性是制约其宏观变形与破坏力学行为的关键因素。针对川藏铁路隧道板岩,采用原子力显微镜测试技术,结合粉晶X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱分析技术,获得了板岩纳米尺度下的矿物构像和微观结构,并揭示了微观尺度板岩矿物杨氏模量空间分布;进而采用混合高斯模型对160多万个试验数据进行反卷积分析,确定了高、中、低强度三相的平均杨氏模量和概率;最后基于Mori-Tanaka模型对板岩杨氏模量进行尺度升级,建立了板岩杨氏模量宏微观跨尺度表征方法。结果表明:(1)纳米尺度下板岩中嵌入的石英呈凸面多边形块体,伊利石薄片紧密、定向排列呈明显的层理性,而绿泥石作为基质松散地分布在孔隙中;(2)石英、伊利石、绿泥石和微观孔隙对原子力探针的黏附力依次递增,杨氏模量依次递减;(3)微观测试结果和图像分析表明,板岩孔隙度为16.61%、宏观杨氏模量为56.17 GPa。该方法适用于破碎、小尺度、任意形状岩石的力学参数精细测量分析,为通过饼化、破碎岩芯估算硬岩的宏观杨氏模量等力学参数提供了一种新的技术路线,具有较好的实用价值。

摘要：着重介绍原子力显微镜力传感器的要求和力传感器设计的有关问题，并提供一种用图表设计结构尺寸的方法。

摘要：提出了一种飞秒激光双光子成型点弹性模量的测量及结果分析方法。借助于原子力显微镜,选用无针尖探针对成型点的力学性能进行了测试,建立了椭球-平面接触的弹性力学模型。考虑了成型点剩余部分形变对结果分析的影响,在标定微探针弹性系数和对粘附力进行分析的基础上,提取了力曲线中所包含的力学信息,推算出了成型点的弹性模量,得到了成型点的弹性模量低于宏观材料弹性模量的结论。

摘要：微量注射与检测受到越来越广泛的关注和研究,例如细胞工程与基因工程中,采用显微注射其注射量对操作成功率影响巨大,注射量精确检测成为人们关注的课题。利用原子力显微镜具有纳米级高度分辨率的特点,设计悬臂装置对注射微滴重力产生的挠度进行检测,实现微滴量定量检测的目的。分析讨论影响微滴检测过程的扰动因素,其中采用悬挂机构有效抑制中高频扰动,观察注意到悬架式隔振系统水平方向的微小摆动对检测信号扰动不可忽视。研究中为抑制这种低频扰动对超微量注射检测的影响,设计液体阻尼器并采用增大水平阻尼与转动阻尼的方法使之得到有效地改善;进行皮升级注射量检测试验,结果表明所采用的基于原子力显微镜的超微量注射检测能够实现10～30pL微量注射检测。

摘要：基于原子力显微镜技术的力谱技术是一种高灵敏度的力学检测方法.它能够以前所未有的精度,在微观生物力学领域表征组织、细胞、生物膜、蛋白质、核酸、功能材料等目标对象,探索其包括形貌、化学信息、导电性、静电力以及生物学特性在内的等信息,并且能够对其进行分子级别精度的三维操纵.从而对分子结构与构象变化,分子间的相互作用以及反应历程实现单分子水平的实时–原位观测,提供了其他测试方法不能完成的实验设计之可能性.本文首先介绍了原子力显微镜及其力谱技术的原理,以及影响测量结果的各个参数的物理意义;其次按照单个目标对象与配对目标对象的区分方式,详细介绍了力谱技术在微观生物力学各个尺度上的研究进展;之后介绍了力谱技术结合成像模式下的发展和应用;最后对设备的改进和本研究领域发展方向进行了展望.