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题目:基于迈克尔逊干涉仪的扫描探针显微镜实验系统

关键词:扫描探针显微镜;迈克尔逊干涉仪;双压电片;PID控制

  摘要

迄今为止,扫描探针显微镜(SPM)已有近30年的发展历史。从最初期的测量固体样品的表面形貌发展到可以测量活体生物样品的活动情况,扫描探针显微镜现在拥有一个庞大的多功能、多用途的家族。本文介绍的研究工作的主要内容涉及扫描探针显微镜一个重要的分支——扫描剪切力显微镜,这种显微镜工作时探针垂直于样品放置而针尖平行于样品运动,系统检测的作用力实质是平行于探针针尖端面的力,因此称这种显微镜为扫面剪切力显微镜。这种剪切力有很多种作用力所构成,包括静电力、范德华力、粘滞力等,但这种扫描探针显微镜又不同于静电力显微镜和原子力显微镜,而有它自身独特的优势。目前商用的扫描探针显微镜都有自己的工作平台,它们构造各不相同,功能却都是为了承载样品和固定探针,以及为扫描样品而进行高精密的微位移运动。本文所研究的这种扫描探针显微镜实验系统主要用于实验教学,所用的工作平台也是利用现有的物理实验仪器——迈克尔逊干涉仪改装而成,没有设计和制作复杂且昂贵的专用工作平台。实验证明改装的平台完全能满足样品扫描的要求,并且性能可靠,结构简单,工作过程中的各种物理现象容易观察,十分适合在物理实验教学中得到应用。在本课题的研究过程中,参考了部分商用SPM的设计思路,在此基础上,根据本课题的实际需要,对显微镜的扫描控制电路做了较大的改进,设计了专门用于剪切力的控制电路,同时电控部分的体积和功耗也大大减小,最终研制出了基于迈克尔逊干涉仪的扫描探针显微镜实验系统,这有利于扫描探针显微镜的研究和应用。