原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像方法與技術研究

《原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像方法與技術研究》是依託北京航空航天大學，由錢建強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像方法與技術研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：錢建強
• 項目類別：面上項目

項目摘要

原子力顯微鏡高次諧波成像技術和多頻激勵成像技術是近幾年國際上發展起來的前沿技術，在提高原子力顯微鏡空間解析度的同時，可獲得樣品表面的多種信息，如彈性、黏性和表面能等，即可對材料表面納米尺度力學特性成像,區分樣品表面微觀物理性質差異。本項目將結合實驗室現有原子力顯微鏡，研製高次諧波信號提取與處理、多頻率激勵等功能模組，開展系統集成研究，實現原子力顯微鏡高次諧波成像功能和多頻激勵成像功能；利用有限元等計算手段與聚焦離子束納米加工技術相結合的方法，研究微懸臂探針形狀對探針各振動模式的頻率、品質因數等參量的影響，改進微懸臂探針特性，提高高次諧波成像質量；研究不同材料樣品與探針相互作用特性，開展複合材料等的套用研究。最終形成具有自主智慧財產權的原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像技術。

結題摘要

原子力顯微鏡高次諧波成像技術和多頻激勵成像技術是近幾年國際上發展起來的前沿技術。在提高原子力顯微鏡空間解析度的同時，可對材料表面納米尺度力學特性成像，區分樣品表面微觀物理性質差異。 本項目在實驗室現有原子力顯微鏡基礎上，利用鎖相檢測、高速數據採集等技術，並結合傅立葉分析算法，研製了高次諧波信號提取與處理系統，實現了原子力顯微鏡高次諧波成像功能；為提高高次諧波信號的強度與信噪比，開展了微懸臂探針運動特性研究，研製了多頻激勵功能模組，進行了系統集成和聯調，實現了多頻激勵成像功能；完成了可以穩定工作的高次諧波/多頻激勵成像系統的研製。利用有限元等數值計算手段，研究微懸臂探針形狀對振動模式的影響，最佳化了微懸臂探針設計，為微懸臂探針加工提供了理論依據；利用聚焦離子束納米加工系統，對微懸臂探針進行了納米級的加工，通過改變微懸臂探針的形狀等調整微懸臂探針特性，實現微懸臂探針性能最佳化，增強高次諧波分量強度。開展了探針與樣品間距對高次諧波信號影響的研究，獲得了對於不同掃描樣品最合適的探針振動幅度、針尖與樣品的間距等參數，並在多種樣品上驗證了諧波成像的穩定性。利用原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像系統對石墨烯、PS-PEO二嵌段共聚化合物等複合材料的性能進行了研究。在原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像的實驗技術研究、微懸臂探針最佳化及諧波信息增強的理論與實驗研究、原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像技術的套用研究及相關擴展探索研究方面均取得了研究成果，申請/獲授權國家發明專利6項，發表期刊論文9篇，形成了具有核心智慧財產權的原子力顯微鏡高次諧波/多頻激勵成像技術。