一、提高液体中AFM微悬臂梁品质因数的研究（论文文献综述）
孙岩[1]（2021）在《原子力显微镜轻敲模式下能量耗散的机理研究》文中指出显微术由十六世纪的光学显微镜开始,逐步发展到二十世纪的电镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜（AFM）等,帮助人们不断深入探索微观世界。AFM使用悬臂梁探针来探索微观世界,在轻敲模式下,探针的能量耗散影响相位图和质量因子。探针和试样在接触过程产生的能量耗散反映了试样的表面特性,表现为对相位图的影响;此外,减小系统能量耗散可以增大系统的品质因子,进而提升AFM系统的成像精度和准确性。探针的振动过程以及与试样的接触过程中均有多种因素会引起能量耗散,研究其能量耗散机理是一个“去伪存真”的过程。本文在微尺度接触模型以及探针动力学模型的基础上,对探针与试样间黏附、塑性变形、液桥和空气阻尼等因素引起的能量耗散进行了研究。论文主要内容和成果如下:（1）应用振动理论和有限元仿真方法研究了探针的动力学特性。使用点质量模型和欧拉-伯努利梁模型对探针的振动特性进行描述,并证明了上述两种模型在反映探针动力学特性方面具有等价性。阐明了轻敲模式下能量耗散对相位像和品质因子的影响。通过改进AFM系统进行示波器监测和ANSYS软件模拟悬臂梁单侧受限时受迫振动响应,由此首次提出:当探针轻微接触试样表面后,探针的稳态振动响应仍然可以保持近似于正弦曲线的状态,并解释了扫频实验中出现的“截断”现象。（2）定量研究了探针与试样间黏附力对能量耗散的影响。分析了几类经典接触模型的特点,考虑AFM测试的实际工况,选择了适用的接触模型。在不考虑毛细力的情况下,采用JKR接触模型描述了探针与试样在外力作用下的加载-卸载曲线,给出了AFM力曲线中失稳点对应在JKR加卸载曲线的位置。分析了悬臂梁刚度、试样弹性模量对分离力变化的影响规律;通过力曲线实验证明了上述对分离失稳位置判定方法是合理的,计算出在接触-分离过程中由黏附引起的能量耗散;建立了考虑试样粗糙度的接触模型,分析了接触分离过程中由试样粗糙度引起的能量耗散变化。（3）采用塑性接触理论和数值仿真方法研究了试样发生塑性变形引起的能量耗散。提出在探针与试样接触时,仅在表面力的作用下试样表面就会发生塑性变形。在接触分离过程中,加载阶段可以用M-P接触模型中的全塑性接触状态描述,卸载阶段可用JKR模型描述。根据轻敲模式和接触模式下探针-试样的接触特点,给出了塑性变形的影响。讨论了针尖尺寸和试样屈服极限等因素对AFM测量结果的影响,指出在选择探针时应协调测量精度和对试样保护的关系。（4）总结了液桥生成的三种模型,包括液膜挤出模型、液膜流动模型和毛细凝结模型,并计算出在不同湿度下各模型生成液桥的体积。详细讨论了每个模型生成液桥体积达到平衡状态时与所需的时间尺度,结合AFM接触模式、力曲线模式、轻敲模式下探针与试样接触的特征时间,给出了不同操作模式下生成液桥的主要机理并给出液桥对接触模式和力曲线模式测量的影响。建立了液桥体积与能量耗散的关系,计算出AFM轻敲模式在不同环境湿度下由液桥引起能量耗散值的范围。（5）研究了空气黏性阻尼对AFM系统的影响,提出了一种计算黏性阻尼引起能量耗散的方法。通过实验证明了压膜阻尼效应对探针的振动有明显影响,采用自制微米小球探针、常规探针、光梁探针进行扫频实验,讨论了不同类型探针下压膜阻尼的作用机制;讨论了探针倾斜角、针尖高度、微米小球等因素对研究压膜阻尼的影响;建立了不同类型探针下压膜阻尼模型,其计算值与实验结果非常吻合。给出了探针结构设计的合理化建议。本文的创新之处在于充分考虑AFM的实际工况,基于理论计算和实验观察,给出了各类耗散机理及其能量耗散值。这为进一步校核测试系统来提高测试准确性提供了依据;为操作者在使用AFM时对各类操作参数和设定的选取提供理论支持。
刘晶[2]（2021）在《轻敲式原子力显微镜空气阻尼耗散研究》文中提出轻敲模式原子力显微镜（TM-AFM）的相位像相比其形貌像可以更加准确地反应出样品表面物理化学性质的变化,但影响相位或相位对比度的原因很复杂,当前对相位像的解释仍然是理论上和实验上的热点问题,存在着巨大的挑战。即使对于十分熟练的操作者,在实验中如何选取扫描探针、确定扫描参数、控制实验环境、识别赝像、剔除赝像和提升图像品质仍处于感性认识和非系统的理性认识阶段。研究表明,相位像与TM-AFM系统的能量耗散有关。在实验室大气环境中扫描时,存在着各种不同形式、不同性质的能量耗散,TM-AFM的相位像是整个系统能量耗散的体现。而空气阻尼是TM-AFM最主要的能量耗散之一,微悬臂梁的品质因数在真空中能达到上万,然而在空气中却只有几百,在液体环境下甚至能降到个位数。基于此,本文主要通过理论、仿真、实验三种手段研究TM-AFM的空气阻尼效应。首先建立了基于位移激励的微悬臂梁动力学模型,给出了连续体梁模型的品质因数表达式。在此基础上,给出了等效质量、等效刚度、等效阻尼表达式,建立了单自由度谐振子模型。讨论了集总质量和弹簧项在运动微分方程和在边界条件中的异同。其次讨论了微流动中空气稀薄效应、小雷诺数效应,基于连续性流体假设给出了微悬臂梁在空气中自由振动时流体阻尼表达式,得到相应的品质因数,ANSYS-FLUENT进行双向流固耦合计算,得到压强等分布。当探针距离样品较近时,空气压膜阻尼耗散需要考虑。本文基于雷诺方程,建立了微悬臂梁压膜阻尼一维、二维模型,并改变相关参数如针尖-样品距离、长宽比等比较品质因数变化;使用MATLAB有限单元法对非线性雷诺方程求解,得到压强分布等,并使用ANSYS-FLUENT进行双向流固耦合计算进行验证。建立了倾斜光梁、微球探针、普通探针的空气压膜阻尼模型,定量或定性给出了 TM-AFM中压膜阻尼作用,并使用扫频实验方法进行验证,结果表明,倾斜光梁、微球探针理论模型与实验结果符合较好,对于普通探针,由于细长针尖的复杂性,定性地解释了品质因数随针-样距离变化的趋势,当针尖-样品距离较远时,细长针尖可以忽略,当针尖-样品距离较近时则不能忽略。该研究对微纳尺度的能量耗散理论发展和原子力显微镜成像技术进步都有重要意义。
郑骁挺[3]（2020）在《轻敲模式下原子力显微镜动力学特性研究》文中进行了进一步梳理微纳机电系统(（Micro/Nano-electromechanical System,MEMS/NEMS）的核心部件——微纳谐振器有着高灵敏度、高品质因数、高谐振频率等多种优越的性能。原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）的核心部件探针就是一种微纳谐振器。在工作过程中,随着探针从距离样品表面较远到接近样品,最后接触样品表面,探针系统的动力学特性一直都在改变。本文通过建立轻敲模式下的AFM动力学模型,分析和验证了探针在工作过程中的动力学行为变化规律,在此基础上提出了改善相位图成像质量的方法并进行了实验验证。具体内容如下:首先,建立轻敲模式下的AFM系统动力学模型。针对微悬臂梁上的单位微元进行受力分析并求解了欧拉贝努利梁模型的振动微分方程,分析了自由端简谐力激励和固定端位移激励两种模型的异同点;再将这两种连续体模型进一步简化为单自由度的质量弹簧系统,推导了两种模型的等效原则并创新性地提出了等效阻尼和等效位移激励的表达式。其次,分析和验证了 AFM系统在工作过程中的能量耗散机理变化。分别建立了探针在远离样品时的空气黏性阻尼耗散模型,探针在靠近样品期间的空气压膜阻尼变化模型以及探针在接触样品时的液桥生成破碎模型;并通过探针在远离样品、靠近样品、接触样品时的扫频实验曲线验证了理论模型的准确性。最后,通过对AFM系统相位偏移量的影响因素分析,提出了改善相位图成像质量的方法。探针在靠近样品表面时,不同的探针-样品间相互作用机理会导致系统的阻尼特性和系统刚度都会发生改变;根据样品表面的物理性质选择不同的激振频率,可以增加相位图的相位偏移量,提高相位像的成像质量;通过实验分析了不同样品的相位偏移量与激振频率的关系,验证了理论的准确性。
周重凯[4]（2020）在《AFM微悬臂梁刚度标定关键技术研究》文中指出原子力显微镜（Atomic force microscope,AFM）被广泛应用于微纳表面形貌测量、微纳操纵和制造研究,已成为探索微纳米研究领域中不可缺少的重要工具。近年来,利用AFM进行微小力测量逐渐成为其应用的重要研究热点之一。由于AFM微悬臂梁刚度在微纳米尺度力学测试中具有重要作用,其准确性直接影响力学测量结果的可靠性。因此,开展微悬臂梁刚度标定研究对促进AFM工程应用具有重要的理论价值和实际意义。针对微悬臂梁的结构特点,并结合AFM力学测量中的实际问题,研究了微悬臂梁刚度标定关键技术,建立了电磁驱动和平衡测量系统,根据零位测量方法,搭建了微悬臂梁刚度标定试验平台,实现了多种类型微悬臂梁的刚度标定。全文主要研究工作如下:为提高微悬臂梁刚度标定的准确性,提出了一种主动加载电磁力和位移的刚度标定新方法。设计了电磁驱动装置,综合考虑了结构参数、直流电流以及永磁体等因素对电磁力性能的影响规律,建立了电磁力理论模型,通过试验研究了直流电流与电磁力之间的转换规律,并验证了理论模型的正确性;同时采用微纳定位平台对微悬臂梁进行位移加载,结合零位测量方法,解决了刚度标定过程控制繁琐等问题。研究结果为微悬臂梁刚度标定提供了理论基础。为实现多种类型的微悬臂梁刚度标定,基于零位测量方法,设计了三种具有不同刚度的柔性悬臂梁平衡装置,通过该平衡装置可将微纳定位平台的输出位移转移到微悬臂梁上。运用柔度矩阵法、卡氏定理和弹性理论设计了单臂式、旋转对称式和螺旋式柔性悬臂梁,研究了关键尺寸参数对柔性悬臂梁刚度的影响规律,通过仿真分析和试验测试验证了柔性悬臂梁具有良好的静动态特性。研究结果完善了高精度微悬臂梁刚度标定系统,为刚度标定提供了硬件保障。为解决低刚度的微悬臂梁标定精度较低的问题,基于椭圆积分法和伪刚体法建立了零刚度平台的理论模型,设计了Scott-Russell位移放大机构和杠杆机构对平台的输出位移进行放大。通过仿真分析和试验测试研究了该平台的静动态特性,确定了平台的零刚度区间。采用PID闭环控制器减小了压电陶瓷的迟滞特性对运动精度的影响,提升了零刚度平台的运动精度。研究结果为低刚度微悬臂梁的刚度标定提供了硬件基础。基于所设计的三种柔性悬臂梁平衡装置和零刚度平台,分别搭建了微悬臂梁刚度标定系统,开展了多种类型的微悬臂梁刚度标定试验。研究了微悬臂梁安装倾斜角度对刚度标定结果的影响,并提出了校正方法。在此基础上,详细分析了各标定系统的不确定度,结果表明所开发的微悬臂梁刚度标定系统具有良好的稳定性和可靠性,能够有效地实现微悬臂梁刚度的精确标定。
魏征,郑骁挺,刘晶,魏瑞华[5]（2020）在《轻敲模式下AFM动力学模型及能量耗散机理研究》文中指出轻敲模式下探针从远离到间歇性接触样品表面,是一个连续的能量耗散过程.针对该连续过程的能量耗散机理研究仅零星存在于各个文献之中,对于连续过程中各个阶段的能量耗散机理也没有一个系统的解释和实验验证.本文提出了新的位移激励下原子力显微镜探针-样品系统简化模型并得到了一维振子系统等效阻尼的计算方法,并通过该方法计算了探针在远离样品表面时的空气黏性阻尼和靠近样品时的空气压膜阻尼,分析了探针从远离样品到间歇性接触样品表面这一过程中的环境耗散机理变化,得到了原子力显微镜系统理论品质因数与探针工作位置的关系曲线;在此基础上设计了轻敲模式下的微悬臂梁扫频实验,得到了系统实验品质因数与探针工作位置的关系曲线,进而验证了理论模型的准确性.本文通过对轻敲模式下AFM环境耗散机理进行理论分析和实验验证,希望可以对轻敲模式下AFM动力学特性及其阻尼作用机理有更近一步的认识,同时对微纳米机电系统（MEMS/NEMS）能量耗散机理的研究提供理论参考和实验方法.
黄震阳[6]（2020）在《多模态振幅调制原子力显微术探针动力特性与信号分析研究》文中进行了进一步梳理多模态振幅调制原子力显微术（Amplitude Modulation Atomic Force Microscopy,AM-AFM）相较于传统原子力显微术有着更高的空间分辨率、组分对比度和更快的扫描成像速度,能够同时对样品表面形貌和材料性能进行成像。本文将理论分析与数值模拟相结合,对多模态AM-AFM中微悬臂激励方式、对比度反转现象和多模态响应信号分析进行研究。研究内容和结论如下:（1）研究了双模态AM-AFM微悬臂激励方式对探针力谱曲线和频响曲线的影响。研究结果表明,在大气环境下,吸引区范围内微悬臂末端激励和均匀磁激励方式下探针二阶模态振幅和相位对探针样品平均间距（Zc）变化更敏感。大气环境微悬臂末端激励和均匀磁激励方式下探针更容易从吸引区转变到排斥区。在液相环境下,微悬臂固定端激励方式下探针一阶模态振幅对Zc变化的灵敏度更高。二阶模态振幅和相位随Zc下降的速率较慢。大气环境不同激励方式下探针的共振频率差别很小。探针二阶模态共振频率相对自然共振频率向右偏移。在液相环境下,存在针尖样品相互作用力时,在低于共振频率处,末端激励方式下探针的响应振幅最大;固定端激励方式下响应振幅最小。高于共振频率时末端激励和均匀磁激励方式下两者的幅频特性曲线基本重合。（2）研究了不同力常数探针、样品组分力学性能差异以及成像参数设置对双模态AM-AFM二阶模态振幅和相位对比度反转的影响。研究结果显示,对于硬探针,探针在不同弹性模量组分上二阶模态振幅和相位对比度随弹性模量增加无对比度反转产生。探针在在不同模量组分上二阶模态振幅对比度随粘度系数增加会产生反转,而二阶模态相位对比度则无反转产生。对于软探针,组分弹性模量或粘度系数增加会造成相互作用区转变,使探针响应产生跳变。两种探针在不同弹性模量组分上二阶模态振幅对比度随着二阶模态自由振幅的增加会发生反转,而不同粘度系数下的对比度则未出现反转。二阶模态振幅或相位对比度在不同相互作用区可能会发生反转。（3）基于小波变换对AFM多模态响应信号进行时频分析,研究其在不同成像环境下的探针动力学特性。研究结果表明,在大气环境下较小的设定点和二阶模态自由振幅会导致二阶模态振荡波形畸变;样品弹性模量越大、样品粘度系数越小,二阶模态振荡曲线的波形畸变越显着。研究还发现在液相环境下探针二阶模态的短暂激励现象中,设定点越小,针尖样品接触时探针的二阶模态瞬时振幅越大,振幅衰减速度相对越快,激励的频率分量越多。一阶模态自由振幅越大,二阶模态瞬时幅值越大,但波形几乎不受影响。由小波脊线重构的二阶模态最大瞬时振幅可以用来表征样品弹性模量。一阶模态自由振幅越大,二阶模态最大瞬时振幅对样品弹性模量越敏感。
镐东越[7]（2019）在《基于纳米切削方法的二维材料尺寸调控技术研究》文中研究说明自从2004年石墨烯于实验中第一次被发现以来,石墨烯、二硫化钼（Mo S2）、硒化锡（Sn Se）以及黑磷等二维材料受到了极大的关注。二维材料在单层或少层的情况下表现出了与其体材料完全不同而又极具研究前景的物理化学性质。二维纳米材料表现出的优异光电性质和直接带隙现象均受到原子层数和厚度的调控。目前制备二维材料的方法均无法精确获得指定层数的材料样品。本课题组此前提出了基于AFM的厚度可控逐层机械减薄黑磷的方法。在此基础上,本文对其他二维材料展开了AFM纳米切削机械加工的研究。论文完成的主要工作包括:1.较为系统的论述了典型二维材料的研究现状,二维材料制备方法的发展现状以及基于AFM的纳米操纵和黑磷减薄的研究现状。通过对二维材料不同制备方法优缺点的比对,确定了本文的研究路线。2.提出了基于天平的探针法向弹性常数针尖无损标定的方法,设计了探针标定时的施力结构。分析了探针反向及正向弯曲标定时的受力行为,给出了结果补偿系数。搭建了基于参考梁的探针横向弹性常数标定系统,设计了横向观测光路和探针夹持器。利用有限元方法分析了探针的纵向和横向变形行为,依据仿真结果对标定时的误差进行了分析。3.系统分析了不同二维材料的机械加工机理。搭建了AFM纳米切削的软硬件平台。探究了本征二维材料单点下压试验中AFM探针与材料表面的相互作用并得到了材料可被加工的下压力阈值;探究了对本征硒化锡单线切削时切削碎屑的特征,在实验中验证了二维材料的层状结构;探究了本征硒化锡的面加工工艺。4.研究了掺杂硒化锡的基于机械加工的尺寸调控效果。探究了单线切削试验中探针与材料表面的相互作用并得到了减薄掺杂硒化锡的下压力阈值;探究了切削速度和切削矢量间隔对面加工效果的影响;探究了切削碎屑的清除方法,对加工表面的碎屑进行了清除;利用纳米切削方法在材料表面加工出圆形、三角形和台阶。
刘运鸿[8]（2019）在《湿度对扫描相位影响的实验研究》文中认为原子力显微镜自问世以来,经过三十多年的发展,由于其纳米级的成像精度和不受样品类型限制的应用性,已成为进行微观表面分析的重要工具。轻敲模式可以提供样品的形貌与相位信息,其中相位成像对于材料的特性更加敏感,能够更好的反映样品的表面性质。相位会受样品性质和实验环境的影响且其与振动系统的能量耗散有关,对针尖与样品之间能量耗散的研究有利于掌握相位的成像机理并获得高质量的相位图像。本文从能量耗散的角度出发,研究湿度对相位成像带来的影响,为提高相位成像的质量进行实验与理论分析。首先,本文基于支承运动模型,分析了不同的激励频率对于相位的影响,以及工作振幅和环境湿度对系统振动频率的影响。激励频率的不同使得振动系统的频率比发生变化,选取合适的频率比有利于得到高质量轻敲模式相位图,也可得到更准确的样品表面信息;工作振幅与环境湿度对振动频率的影响,本质上是范德华力与毛细力分别占据主导作用时,对振动系统频率产生影响,最终反映在相位的变化之中,且产生的液桥会对系统带来能量耗散,这些因素会对相位产生直接影响。此外,本文在不同湿度下对亲水和疏水样品进行了相位扫描实验,得到亲水和疏水样品在不同湿度下的相位图。通过对实验的分析发现,湿度对亲水样品的相位影响较大:在实验中设置了湿度梯度之后,亲水样品的相位随湿度增加而增大;而疏水样品的相位随湿度的增加变化较小。在此基础上针对实验设备的参数设定进行实验归纳,以确定适合样品的参数设定。最后,对液桥生成理论的分析发现,湿度对于相位的影响是由于液膜挤出阶段形成的液桥在发挥作用。
柳世华[9]（2019）在《原子力显微镜中能量耗散机理研究》文中研究表明原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）自1986年发明以来,已成为表面形貌成像和定量测量各种材料物理化学性质的主要工具。与大多数依赖光子相互作用的成像技术不同,AFM核心部件是一根对微弱力极其敏感的微悬臂梁,将其一端固定,另一端接近样品表面,在激振力作用下,微悬臂梁自由端振动,从而通过分子间作用力的变化获取所要扫描样品的信息。在微悬臂梁自由端由远及近直至接触样品表面的过程中,存在着空气压膜阻尼效应、范德华力、静电力、液桥等多种作用。在探针针尖还未到达样品表面与其接触时,主要作用为压膜阻尼,压膜阻尼与针尖-样品之间的距离密切相关,压膜阻尼对于AFM扫描效果有着重要影响,本文主要通过分析三种不同类型的探针与样品的作用过程研究压膜阻尼对轻敲模式AFM的振动特性的影响。首先,使用针尖为微球的探针进行扫频实验,通过简化微悬臂梁-探针-样品的作用模型对实验结果进行分析验证,得到的一维振子模型能够较为准确的描述微球针尖与样品之间的压膜阻尼作用以及该作用对微悬臂梁振动特性的影响。其次,使用针尖形状为金字塔形的AFM探针进行同种样品的扫频实验,在扫频实验得到的振幅-频率曲线中振动幅值出现“截断”现象。通过对范德华力和压膜阻尼力定性对比以及此类探针针尖“细”又“长”的特点,认为该实验过程中主要由针尖-样品距离较远时的压膜阻尼作用以及针尖-样品距离较近时的范德华力作用共同作用。并提出了针尖与样品作用时的“禁区”概念。最后,使用无针尖的AFM探针进行同样的扫频实验,此过程中将探针看作激振力作用下振动的微悬臂梁。随后在微悬臂梁的振动方程中加入压膜阻尼系数,使用MATLAB对该方程求数值解,从而得到品质因数与针尖-样品距离的关系,与实验得到的结果进行对比,验证了该模型的准确性。
张伟杰[10]（2019）在《高次谐波原子力显微术力学特性表征方法研究》文中研究指明纳米科技经过半个世纪的快速发展,已经成为一门集前沿性、交叉性和多学科特征的新兴研究领域。在包括复合材料、生物细胞和微纳器件等领域,对能够实现无损、无标记、快速和超高分辨率成像样品表面、界面以及表面以下结构,同时能够提供关于材料力学特性信息的表征方法有着迫切的需求。面向以上需求,原子力显微镜作为近三十年来纳米科学和纳米技术发展的关键仪器之一,表现出了巨大的潜力。在其众多的模式中,基于多频模式的高次谐波原子力显微术因其具有纳米级的空间分辨率、超高力检测灵敏度等优点在特定的领域中有着重要的前景。在轻敲模式原子力显微术中,通过对微探针施加激励,使其以接近谐振状态的频率做简谐振动。当针尖与样品的间距适中时,它将在每个周期中与样品间歇式接触。由于相互作用力的存在,导致悬臂梁的振动产生非线性。这种非线性信号中包含大量与样品属性有关的高次谐波响应。高次谐波因成像简单易实现、力灵敏度高、分辨率高而受到广泛关注。本论文针对高次谐波原子力显微术在纳米力学表征及次表面结构成像中存在的相关问题,以探针振动力学为基础,主要开展了微悬臂梁动力学分析、高次谐波应用拓展和信号增强以及次表面成像能力评价等方面的研究工作。在理论分析方面,我们将从振幅调制原子力显微术的基本原理为出发点,以探针振动的力学模型及针尖-样品间的相互作用力模型等为理论核心,分析了相互作用力场下悬臂梁的动力学特性,并探究了高次谐波的产生机理和成像特点。在高次谐波成像参数优化方面,我们研究了激励频率、调制振幅以及激光光斑位置等主要影响因素对高次谐波力学特性表征的影响。结果表明调制振幅通过影响相互作用力进而影响谐波信号;光斑位于悬臂梁自由端时可以提供最高的谐波灵敏度;激励频率的正确选择可避免谐波成像衬度反转。通过对影响因素的综合分析,实现了高次谐波成像衬度优化,将其应用于有力学特性差异的多相材料区分,并进一步应用于复合材料中纳米颗粒混合比的定量测量。在谐波信号增强方面,我们基于微悬臂梁材料去除的方法来调控其频率特性,使得高阶模态频率与高次谐波频率准确重合,从而增强相应谐波响应信号强度。采用理论分析和有限元仿真,我们进行了去除材料的位置、尺寸等参数优化设计,并利用聚焦离子束刻蚀技术在普通微悬臂梁上进行二次加工。在低密度聚乙烯/聚苯乙烯混合材料样品上的成像结果表明优化后的高次谐波信号较优化前可增强6倍。最后,由于高次谐波原子力显微术具有很强的力学特性检测能力,因此我们将其应用于次表面结构成像。在大气环境中,采用内嵌硬质球形颗粒的聚二甲基硅氧烷材料作为参考样品,对高次谐波进行次表面检测能力的定量评估,并与接触共振、双模态等方法对比。结果表明高次谐波具有较高的力学特性灵敏度,在一般成像条件下的次表面检测深度可超过百纳米。其次,在具有空穴结构的参考样品上对液体环境中高次谐波次表面检测能力进行研究,并与大气环境中进行比较。结果表明,高阻尼环境下悬臂梁高阶模态的瞬态激励可增强谐波的信号强度,液体环境中高次谐波的力学特性灵敏度比大气环境中高一个数量级,可检测到超过200纳米厚高定向热解石墨片下面的空穴结构。
二、提高液体中AFM微悬臂梁品质因数的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、提高液体中AFM微悬臂梁品质因数的研究（论文提纲范文）
（1）原子力显微镜轻敲模式下能量耗散的机理研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题的背景及意义 |
| 1.2 原子力显微镜的工作原理及组成 |
| 1.2.1 原子力显微镜的工作原理 |
| 1.2.2 原子力显微镜轻敲模式探针 |
| 1.3 影响AFM成像的因素 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 微纳谐振器的尺寸特性及能量耗散 |
| 1.4.2 TM-AFM下动力学问题的研究现状 |
| 1.4.3 微尺度下的接触问题 |
| 1.4.4 毛细力对AFM测量的影响 |
| 1.4.5 黏性阻尼以及压膜阻尼对AFM的影响 |
| 1.5 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 AFM动力学特性以及能量耗散与品质因子的关系 |
| 2.1 点质量模型(谐振子模型) |
| 2.2 连续梁模型(欧拉-伯努利梁) |
| 2.3 点质量模型和连续梁模型的等价性 |
| 2.4 AFM轻敲模式下的相位像 |
| 2.4.1 AFM轻敲模式下的相位图 |
| 2.4.2 AFM轻敲模式下的相位成像理论 |
| 2.5 AFM轻敲模式下的品质因子 |
| 2.6 AFM非对称条件下梁的振动响应 |
| 2.6.1 非对称条件下碰撞的简化模型 |
| 2.6.2 非对称条件下碰撞的ANSYS模拟 |
| 2.6.3 扫频实验中的截断现象 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 AFM中由黏附接触引起的能量耗散 |
| 3.1 接触中的失稳现象 |
| 3.2 弹性接触模型 |
| 3.2.1 Hertz接触理论 |
| 3.2.2 Derjaguin-Muller-Toporov(DMT)模型 |
| 3.2.3 Johnson-Kendall-Roberts(JKR)模型 |
| 3.3 疏水性PDMS材料的制备 |
| 3.4 不同探针刚度、试样弹性模量的力曲线实验 |
| 3.5 粗糙度对能量耗散的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 AFM中由塑性变形引起的能量耗散 |
| 4.1 针尖-试样表面间相互作用力 |
| 4.1.1 L-J势 |
| 4.1.2 范德华力 |
| 4.2 塑性屈服的判定准则 |
| 4.3 塑性接触模型 |
| 4.4 力-位移曲线表征塑性功 |
| 4.5 弹性滞后能量耗散 |
| 4.6 塑性接触引起能量耗散的计算 |
| 4.6.1 塑性耗散的数值计算 |
| 4.6.2 ANSYS模拟计算塑性功损耗 |
| 4.6.3 接触模型分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 AFM中由液桥引起的能量耗散 |
| 5.1 毛细力与液膜厚度 |
| 5.1.1 毛细力的概念 |
| 5.1.2 液膜厚度的计算 |
| 5.2 液桥挤出模型 |
| 5.3 液桥流动模型 |
| 5.4 毛细凝聚模型 |
| 5.5 三种液桥形成机制对比 |
| 5.6 毛细力的计算 |
| 5.7 针尖-试样分离时毛细力所做的功 |
| 5.8 AFM不同操作模式下的液桥生成模型及影响 |
| 5.9 本章小结 |
| 第六章 AFM中由空气阻尼引起的能量耗散 |
| 6.1 空气黏性阻尼 |
| 6.1.1 MEMS在不同环境下阻尼 |
| 6.1.2 空气黏性阻尼计算 |
| 6.1.3 空气黏性阻尼引起的能量耗散计算 |
| 6.2 AFM中滑膜阻尼与压膜阻尼 |
| 6.2.1 压膜阻尼的相关实验 |
| 6.2.2 滑膜阻尼 |
| 6.2.3 压膜阻尼 |
| 6.3 常规带针尖探针压膜阻尼实验 |
| 6.4 无针尖探针压膜阻尼研究 |
| 6.4.1 无针尖探针压膜阻尼实验 |
| 6.4.2 无针尖探针压膜阻尼计算 |
| 6.4.3 考虑悬臂梁倾斜角的计算 |
| 6.4.4 无针尖探针简化模型计算 |
| 6.5 微米小球探针的压膜阻尼研究 |
| 6.5.1 微米小球探针的制备 |
| 6.5.2 微米小球探针等效参数的计算 |
| 6.5.3 球针扫频实验 |
| 6.5.4 微米小球压膜阻尼研究 |
| 6.5.5 微米小球压膜阻尼简化模型计算 |
| 6.6 常规带针尖探针扫频实验分析 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者攻读学位期间发表的学术论文及科研成果 |
| 作者与导师简介 |
| 附件 |
（2）轻敲式原子力显微镜空气阻尼耗散研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 引言 |
| 1.3 AFM的基本概念 |
| 1.3.1 AFM的工作原理 |
| 1.3.2 形貌图和相位图 |
| 1.3.3 TM-AFM的能量耗散 |
| 1.4 国内外研究现状 |
| 1.4.1 探针动力学研究现状 |
| 1.4.2 空气粘性及压膜阻尼研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容及框架 |
| 第二章 TM-AFM探针动力学模型 |
| 2.1 基于欧拉-伯努利梁的探针动力学模型 |
| 2.1.1 欧拉-伯努利梁 |
| 2.1.2 基底位移激励的有阻尼探针模型 |
| 2.2 基于谐振子运动的位移激励模型 |
| 2.3 模型分析与对比 |
| 2.4 复杂边界条件处理 |
| 2.4.1 质量边界 |
| 2.4.2 弹性边界 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 微悬臂梁空气阻尼的理论及仿真分析 |
| 3.1 微流动分析基础 |
| 3.1.1 微流动系统的特殊效应 |
| 3.1.2 两个关键参数 |
| 3.2 空气粘性阻尼模型 |
| 3.2.1 N-S方程的小雷诺数流修正 |
| 3.2.2 微球空气粘性阻尼 |
| 3.2.3 微球等效的微悬臂梁空气粘性阻尼 |
| 3.2.4 ANSYS空气粘性阻尼仿真分析 |
| 3.3 空气压膜阻尼模型 |
| 3.3.1 雷诺方程 |
| 3.3.2 平板压膜阻尼 |
| 3.3.3 微悬臂梁压膜阻尼一维模型 |
| 3.3.4 微悬臂梁压膜阻尼二维模型 |
| 3.3.5 模型分析及对比 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 倾斜光梁空气阻尼理论与实验探究 |
| 4.1 TM-AFM扫频实验 |
| 4.1.1 实验品质因数 |
| 4.1.2 扫频实验原理及步骤 |
| 4.2 倾斜光梁的压膜阻尼模型 |
| 4.2.1 一维模型 |
| 4.2.2 二维模型 |
| 4.2.3 不同参数分析对比 |
| 4.2.4 ANSYS压膜阻尼流固耦合分析 |
| 4.3 倾斜光梁的实验研究 |
| 4.3.1 实验扫频曲线 |
| 4.3.2 理论与实验对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 微球探针与普通探针的压膜阻尼理论与实验探究 |
| 5.1 微球探针的压膜阻尼研究 |
| 5.1.1 微球探针制作与实验参数 |
| 5.1.2 理论模型 |
| 5.1.3 实验验证 |
| 5.2 普通探针压膜阻尼 |
| 5.2.1 理论分析 |
| 5.2.2 实验验证 |
| 5.3 三种探针对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者与导师简介 |
| 附件 |
（3）轻敲模式下原子力显微镜动力学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 引言 |
| 1.3 AFM的工作原理 |
| 1.4 AFM的动力学模型 |
| 1.4.1 AFM的连续体模型 |
| 1.4.2 AFM的单自由度模型 |
| 1.5 AFM系统中的能量耗散机理 |
| 1.6 国内外研究现状 |
| 1.7 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 轻敲模式下的AFM系统动力学模型 |
| 2.1 Euler-Bernoulli梁模型 |
| 2.1.1 梁单元动力学模型的建立 |
| 2.1.2 自由端激励的Euler-Bernoulli动力学模型 |
| 2.1.3 固定端激励的悬臂梁动力学模型 |
| 2.2 质量弹簧阻尼系统模型 |
| 2.2.1 简单谐激励模型 |
| 2.2.2 支承运动模型 |
| 2.2.3 其它质量弹簧阻尼模型 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 微悬臂梁能量耗散机理 |
| 3.1 内禀耗散 |
| 3.1.1 热弹性阻尼 |
| 3.1.2 声波-热声子相互作用 |
| 3.2 外部耗散 |
| 3.2.1 黏性阻尼 |
| 3.2.2 支撑损耗 |
| 3.3 实验 |
| 3.3.1 实验设计 |
| 3.3.2 实验结果分析 |
| 3.4 本章小节 |
| 第四章 探针样品系统能量耗散机理 |
| 4.1 压膜阻尼 |
| 4.2 液桥耗散 |
| 4.2.1 液膜挤出 |
| 4.2.2 毛细凝聚 |
| 4.2.3 液膜流动 |
| 4.3 实验 |
| 4.3.1 实验设计 |
| 4.3.2 实验结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 TM-AFM相位对比度研究 |
| 5.1 相位与幅值 |
| 5.1.1 普通谐激励模型动力学特性 |
| 5.1.2 支承运动模型动力学特性 |
| 5.2 相位偏移量 |
| 5.2.1 阻尼相位偏移量 |
| 5.2.2 刚度相位偏移量 |
| 5.3 实验 |
| 5.3.1 实验原理和实验设计 |
| 5.3.2 实验结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者与导师简介 |
| 附件 |
（4）AFM微悬臂梁刚度标定关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 字母注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 微悬臂梁刚度标定研究现状 |
| 1.2.1 理论建模法 |
| 1.2.2 动态测量法 |
| 1.2.3 静态测量法 |
| 1.3 相关研究存在的问题 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第二章 微悬臂梁刚度标定系统设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 微悬臂梁刚度标定系统概念设计 |
| 2.2.1 驱动系统设计 |
| 2.2.2 平衡系统设计 |
| 2.3 微悬臂梁刚度标定系统性能分析 |
| 2.3.1 运动系统 |
| 2.3.2 执行系统 |
| 2.3.3 检测系统 |
| 2.4 微悬臂梁刚度标定系统机械结构设计 |
| 2.4.1 基于柔性悬臂梁的刚度标定系统设计 |
| 2.4.2 柔性悬臂梁标定系统协同控制方法 |
| 2.4.3 基于零刚度平台的刚度标定系统设计 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 微悬臂梁刚度标定系统建模 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 电磁驱动系统设计 |
| 3.2.1 电磁驱动系统原理 |
| 3.2.2 机械结构设计 |
| 3.2.3 电流控制源设计 |
| 3.3 平衡系统理论建模 |
| 3.3.1 单臂式柔性悬臂梁建模 |
| 3.3.2 旋转对称式柔性悬臂梁建模 |
| 3.3.3 螺旋式柔性悬臂梁建模 |
| 3.3.4 零刚度平台系统建模 |
| 3.4 微悬臂夹持机构设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 微悬臂梁刚度标定系统仿真分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单臂式柔性悬臂梁性能仿真分析 |
| 4.2.1 静态特性分析 |
| 4.2.2 模态分析 |
| 4.3 旋转对称式柔性悬臂梁性能仿真分析 |
| 4.3.1 静态特性分析 |
| 4.3.2 模态分析 |
| 4.4 螺旋式柔性悬臂梁性能仿真分析 |
| 4.4.1 静态特性分析 |
| 4.4.2 模态分析 |
| 4.5 零刚度平台性能仿真分析 |
| 4.5.1 零刚度区间仿真分析 |
| 4.5.2 模态分析 |
| 4.5.3 静力学分析 |
| 4.6 标定系统机械结构仿真分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 微悬臂梁刚度标定系统样机研制与性能测试 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 电磁力标定 |
| 5.3 柔性悬臂梁静动态特性测试 |
| 5.3.1 柔性悬臂梁刚度测量 |
| 5.3.2 柔性悬臂梁模态分析 |
| 5.4 零刚度平台系统搭建与性能测试 |
| 5.4.1 零刚度平台系统搭建 |
| 5.4.2 零刚度平台模态分析 |
| 5.4.3 闭环控制试验 |
| 5.4.4 零刚度平台输出位移测量 |
| 5.4.5 零刚度区间测量 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 微悬臂梁刚度标定试验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 搭建基于柔性悬臂梁的刚度标定系统 |
| 6.2.1 单臂式柔性悬臂梁刚度标定系统 |
| 6.2.2 旋转对称式柔性悬臂梁刚度标定系统 |
| 6.2.3 螺旋式柔性悬臂梁刚度标定系统 |
| 6.3 搭建基于零刚度平台的刚度标定系统 |
| 6.4 微悬臂梁刚度标定系统不确定度分析 |
| 6.4.1 基于柔性悬臂梁的刚度标定系统不确定度分析 |
| 6.4.2 基于零刚度平台的刚度标定系统不确定度分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（5）轻敲模式下AFM动力学模型及能量耗散机理研究（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 TM-AFM探针-样品系统动力学模型 |
| 1.1 工作原理 |
| 1.2 探针-样品系统的简化模型 |
| 1.3 微悬臂梁的一维振子系统等效参数 |
| 2 TM-AFM探针-样品系统空气阻尼研究 |
| 2.1 气体介质的阻尼效应与尺度效应 |
| 2.2 探针-样品系统的气体环境阻尼研究 |
| 3 实验 |
| 3.1 实验设计 |
| 3.2 实验结果分析 |
| 4 结论 |
（6）多模态振幅调制原子力显微术探针动力特性与信号分析研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 多模态AM-AFM探针动力学研究现状 |
| 1.2.2 微悬臂激励方式研究现状 |
| 1.2.3 双模态AM-AFM成像对比度研究现状 |
| 1.2.4 AFM响应信号时频分析研究现状 |
| 1.3 目前存在的主要问题 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 第2章 探针动力学理论基础与数值分析方法 |
| 2.1 探针微悬臂动力学模型 |
| 2.1.1 点质量模型 |
| 2.1.2 连续微悬臂梁模型 |
| 2.2 针尖样品相互作用力 |
| 2.2.1 大气环境下针尖样品相互作用力 |
| 2.2.2 液相环境下针尖样品相互作用力 |
| 2.3 数值分析方法 |
| 2.3.1 有限差分法 |
| 2.3.2 同相正交法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 双模态AM-AFM微悬臂激励方式研究 |
| 3.1 双模态AM-AFM探针微悬臂不同激励方式理论基础 |
| 3.1.1 探针微悬臂末端激励 |
| 3.1.2 探针微悬臂固定端激励 |
| 3.1.3 探针微悬臂均匀磁激励 |
| 3.2 微悬臂激励方式对力谱曲线的影响 |
| 3.3 微悬臂激励方式对频响曲线的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 双模态AM-AFM对比度反转研究 |
| 4.1 弹性模量和粘度系数对二阶模态振幅和相位对比度反转的影响 |
| 4.2 二阶模态自由振幅对对比度反转的影响 |
| 4.3 针尖样品相互作用区对对比度反转的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于小波变换的多模态响应信号时频分析 |
| 5.1 AFM信号分析方法简介 |
| 5.2 大气环境下探针多模态响应的小波分析 |
| 5.2.1 成像参数对二阶模态波形畸变的影响 |
| 5.2.2 样品力学性能对二阶模态波形畸变的影响 |
| 5.3 液相环境下探针多模态响应的小波分析 |
| 5.3.1 设定点对二阶模态短暂激励的影响 |
| 5.3.2 一阶模态自由振幅对二阶模态短暂激励的影响 |
| 5.4 本章小节 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果 |
（7）基于纳米切削方法的二维材料尺寸调控技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.1.1 典型二维材料的结构和特性 |
| 1.1.2 二维材料的制备与尺寸调控方法 |
| 1.2 基于AFM的低维材料操纵技术 |
| 1.2.1 基于AFM的纳米操纵技术 |
| 1.2.2 基于AFM的黑磷烯原位减薄研究 |
| 1.3 本文工作思路 |
| 第2章 AFM探针弹性常数标定 |
| 2.1 探针弹性常数标定的意义及已有标定方法 |
| 2.2 基于超精密天平的探针标定技术 |
| 2.2.1 标定装置和原理 |
| 2.2.2 标定引起的针尖损伤效应 |
| 2.3 探针法向弹性常数的无损标定 |
| 2.3.1 探针反向弯曲标定方法 |
| 2.3.2 操作流程 |
| 2.3.3 标定结果及仿真分析 |
| 2.3.4 误差分析 |
| 2.4 探针横向弹性常数的标定 |
| 2.4.1 探针扭转标定方法 |
| 2.4.2 横向光学观察系统设计 |
| 2.4.3 操作流程 |
| 2.4.4 标定结果及仿真分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于AFM的二维材料尺寸调控平台搭建 |
| 3.1 AFM硬件平台 |
| 3.2 二维材料机械加工控制软件设计 |
| 3.2.1 GUI界面 |
| 3.2.2 DLL程序 |
| 3.3 针尖作用力的标定 |
| 3.3.1 法向灵敏度标定 |
| 3.3.2 横向灵敏度标定 |
| 3.3.3 切削力计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 二维材料的机械加工机理 |
| 4.1 本征材料的机械加工机理 |
| 4.2 非本征材料的机械加工机理 |
| 4.2.1 掺杂的二维材料 |
| 4.2.2 氧化的二维材料 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 二维材料尺寸调控切削实验及结果分析 |
| 5.1 实验材料准备 |
| 5.2 本征二维材料的加工 |
| 5.2.1 加工作用力阈值 |
| 5.2.2 面加工工艺 |
| 5.3 非本征二维材料的加工 |
| 5.3.1 加工作用力阈值 |
| 5.3.2 切削速度的影响 |
| 5.3.3 面加工工艺 |
| 5.3.4 平面及立体图形的加工 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 本论文工作总结 |
| 6.2 本论文的工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（8）湿度对扫描相位影响的实验研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 引言 |
| 1.3 AFM的发展与工作原理 |
| 1.3.1 原子力显微镜的发展史 |
| 1.3.2 原子力显微镜的工作原理 |
| 1.4 原子力显微镜的成像模式 |
| 1.4.1 接触模式 |
| 1.4.2 非接触模式 |
| 1.4.3 轻敲模式 |
| 1.5 轻敲模式下的相位成像技术 |
| 1.6 国内外研究现状 |
| 1.7 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 原子力显微镜悬臂梁的振动分析 |
| 2.1 阻尼 |
| 2.1.1 等效黏性阻尼 |
| 2.1.2 低黏度流体阻尼 |
| 2.2 品质因数 |
| 2.3 一维谐振子模型 |
| 2.3.1 模型建立与计算 |
| 2.3.2 模型分析与结论 |
| 2.4 基于位移激励的支承运动模型 |
| 2.4.1 模型建立与计算 |
| 2.4.2 模型分析与结论 |
| 2.4.3 两种模型的对比分析 |
| 2.5 基于弱扰动的弹簧振子模型 |
| 第三章 不同湿度下相位的实验研究 |
| 3.1 样品的选择与制备和实验仪器 |
| 3.1.1 PDMS的制备与亲水性处理 |
| 3.1.2 高定向热解石墨与云母片 |
| 3.1.3 实验仪器 |
| 3.2 激励频率对相位分辨率的影响 |
| 3.3 范德华力对振动频率的影响 |
| 3.4 毛细力对振动频率的影响 |
| 3.5 大气环境下相位扫描实验 |
| 3.6 不同湿度下相位扫描实验 |
| 3.7 仪器参数的调节 |
| 第四章 液桥与能量耗散的计算模型 |
| 4.1 液桥计算模型 |
| 4.1.1 水膜挤出阶段 |
| 4.1.2 毛细凝聚阶段 |
| 4.1.3 液膜流动阶段 |
| 4.2 能量耗散计算模型 |
| 4.3 液桥生成特征时间对比 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者与导师简介 |
| 附件 |
（9）原子力显微镜中能量耗散机理研究（论文提纲范文）
| 学位论文数据集 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 引言 |
| 1.3 AFM的发展与工作原理 |
| 1.3.1 原子力显微镜的发展史 |
| 1.3.2 TM-AFM的工作原理 |
| 1.3.3 AFM微悬臂梁及其简化 |
| 1.4 微纳机械能量耗散的基本概念 |
| 1.4.1 内禀耗散 |
| 1.4.2 外部耗散 |
| 1.5 TM-AFM的压膜阻尼 |
| 1.6 国内外研究现状 |
| 1.7 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 无针尖AFM探针微梁振动分析 |
| 2.1 MEMS压膜阻尼理论基础 |
| 2.1.1 流体雷诺方程的推导及其简化 |
| 2.1.2 平板与样品间压强分布的模拟 |
| 2.1.3 Euler-Bernoulli方程 |
| 2.2 TM-AFM扫频实验 |
| 2.2.1 实验方案 |
| 2.2.2 扫频曲线 |
| 2.2.3 实验结果分析 |
| 2.3 微悬臂梁与样品间压膜阻尼 |
| 2.4 质量弹簧阻尼系统模型 |
| 2.4.1 梁的振动方程及其求解 |
| 2.4.2 质量弹簧阻尼模型的建立 |
| 2.4.3 模型的运动分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 微球针尖AFM探针微梁振动分析 |
| 3.1 微球与平面之间的压膜阻尼理论 |
| 3.2 微球针尖扫频实验方案 |
| 3.2.1 微球针尖AFM探针的制备实验 |
| 3.2.2 扫频曲线及品质因数变化 |
| 3.2.3 实验结果分析 |
| 3.3 质量弹簧阻尼模型 |
| 3.3.1 等效质量及等效刚度 |
| 3.3.2 微球与样品之间流体雷诺方程 |
| 3.3.3 压膜阻尼系数 |
| 3.3.4 模型的建立 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 金字塔形针尖AFM探针微梁振动分析 |
| 4.1 微悬臂梁针尖系统 |
| 4.1.1 微悬臂 |
| 4.1.2 针尖 |
| 4.1.3 微悬臂探针系统的激励 |
| 4.2 金字塔形针尖AFM探针扫频实验 |
| 4.2.1 实验方案 |
| 4.2.2 扫频曲线 |
| 4.2.3 实验结果分析 |
| 4.3 压膜阻尼及范德华力作用比较 |
| 4.3.1 压膜阻尼对振动系统的影响 |
| 4.3.2 范德华力对振动系统的影响 |
| 4.3.3 “截断”现象的分析 |
| 4.4 金字塔形AFM针尖振动模型 |
| 4.4.1 Rankl模型 |
| 4.4.2 Sader模型 |
| 4.4.3 模态分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 其他能量耗散对TM-AFM振动系统的影响 |
| 5.1 机械接触力 |
| 5.1.1 DMT模型 |
| 5.1.2 JKR模型 |
| 5.2 液桥 |
| 5.2.1 液膜挤出 |
| 5.2.2 毛细凝聚 |
| 5.2.3 液膜流动 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者与导师简介 |
| 附件 |
（10）高次谐波原子力显微术力学特性表征方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 纳米力学特性表征 |
| 1.1.1 纳米压痕技术 |
| 1.1.2 基于原子力显微术的技术 |
| 1.1.3 高次谐波原子力显微术 |
| 1.2 高次谐波原子力显微术技术特点 |
| 1.2.1 技术优势 |
| 1.2.2 局限性 |
| 1.3 研究内容及章节安排 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 章节安排 |
| 第2章 多力场作用下探针振动特性分析 |
| 2.1 探针的力学特性 |
| 2.2 探针动力学模型 |
| 2.2.1 欧拉-伯努利连续梁模型 |
| 2.2.2 等效质点-弹簧系统模型 |
| 2.3 针尖-样品间相互作用力 |
| 2.3.1 长程吸引力 |
| 2.3.2 接触力学模型 |
| 2.3.3 毛细力和静电力 |
| 2.4 高次谐波原子力显微术 |
| 2.4.1 针尖在近表面的动力学 |
| 2.4.2 高次谐波产生 |
| 2.4.3 检测灵敏度 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 高次谐波影响因素分析和成像应用 |
| 3.1 影响因素分析 |
| 3.1.1 调制振幅 |
| 3.1.2 驱动频率 |
| 3.1.3 激光光斑位置 |
| 3.2 高次谐波成像应用 |
| 3.2.1 纳米复合材料样品制备 |
| 3.2.2 仪器设备与探针标定 |
| 3.2.3 多相材料区分和混合比测量 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 高次谐波增强的微悬臂梁优化设计 |
| 4.1 高次谐波成像中的相关问题 |
| 4.2 谐波悬臂梁的设计 |
| 4.2.1 模型建立 |
| 4.2.2 解析模型 |
| 4.2.3 频率调控灵敏度 |
| 4.2.4 频率特性调控 |
| 4.3 信号增强效果验证 |
| 4.3.1 成像测试 |
| 4.3.2 成像理论模拟分析 |
| 4.4 高加工容差谐波悬臂梁 |
| 4.4.1 高加工容差谐波梁的设计 |
| 4.4.2 可行性验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 高次谐波次表面成像能力研究 |
| 5.1 次表面成像研究现状 |
| 5.2 高次谐波异质颗粒结构检测研究 |
| 5.2.1 异质结构样品制备 |
| 5.2.2 次表面成像实验 |
| 5.2.3 颗粒掩埋深度 |
| 5.2.4 深度检测极限 |
| 5.2.5 检测灵敏度 |
| 5.3 液体环境下高次谐波次表面成像能力研究 |
| 5.3.1 液体环境下的高次谐波 |
| 5.3.2 次表面参考样品设计 |
| 5.3.3 液相下高次谐波次表面成像实验 |
| 5.3.4 探针动力学分析 |
| 5.3.5 空穴结构简化模型 |
| 5.3.6 次表面检测深度定量分析 |
| 5.3.7 次表面成像机制 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 主要工作总结 |
| 6.1.1 本论文的主要研究内容 |
| 6.1.2 本论文主要创新点 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间取得的研究成果 |
四、提高液体中AFM微悬臂梁品质因数的研究（论文参考文献）
- [1]原子力显微镜轻敲模式下能量耗散的机理研究[D]. 孙岩. 北京化工大学, 2021
- [2]轻敲式原子力显微镜空气阻尼耗散研究[D]. 刘晶. 北京化工大学, 2021
- [3]轻敲模式下原子力显微镜动力学特性研究[D]. 郑骁挺. 北京化工大学, 2020
- [4]AFM微悬臂梁刚度标定关键技术研究[D]. 周重凯. 天津大学, 2020(01)
- [5]轻敲模式下AFM动力学模型及能量耗散机理研究[J]. 魏征,郑骁挺,刘晶,魏瑞华. 力学学报, 2020(04)
- [6]多模态振幅调制原子力显微术探针动力特性与信号分析研究[D]. 黄震阳. 武汉理工大学, 2020(08)
- [7]基于纳米切削方法的二维材料尺寸调控技术研究[D]. 镐东越. 天津大学, 2019(01)
- [8]湿度对扫描相位影响的实验研究[D]. 刘运鸿. 北京化工大学, 2019(06)
- [9]原子力显微镜中能量耗散机理研究[D]. 柳世华. 北京化工大学, 2019(06)
- [10]高次谐波原子力显微术力学特性表征方法研究[D]. 张伟杰. 中国科学技术大学, 2019(08)