题目：高速原子力显微镜的摩擦力功能拓展及其应用研究

        纳米摩擦学是在纳米或原子尺度上研究摩擦和磨损现象、规律及机理的新学科领域，对于完善摩擦学理论具有重要作用。高新技术的不断出现如磁记录系统及对环境有高要求的芯片工艺设备等都对传统摩擦学研究提出严峻挑战，促使人们在微观尺度上研究摩擦现象并发展纳米润滑技术。以原子力显微镜（Atomic  force  microscope，AFM）为代表的扫描探针显微镜家族可在原子或纳米尺度上探测针尖与样品间的相关作用力，对工作环境和样品的限制小，在纳米摩擦学研究中发挥着重要作用。


　　但是，与其它显微分析技术相比，原子力显微镜的扫描速度一直成为其实现工业现场测量和纳米加工实用化的瓶颈之一。因此，近年来研究人员致力于提高传统原子力显微镜的扫描速率。AFM 的成像速度主要依赖于各个部分的带宽，其中最主要的是微悬臂探针与扫描器。本文基于本实验室高速原子力显微镜的研究基础，改善了高速原子力显微镜扫描探测装置，使入射到微悬臂探针的激光光斑几何尺寸缩小到 16 µm 以内，消除了大光斑对原子力显微镜成像分辨率的影响，同时保证扫描成像速度达到 20 frames/s

以上，实现了在纳米尺度上样品动态过程的观测。设计了非线性校正快速算法，使正弦扫描运动采集到的图像能够在计算机中实时校正。此外，在现有的实验装置的基础上，开展了基于 LabVIEW 软件原子力显微镜的比例-积分-微分（proportion-integral-derivative，PID）反馈控制过程的初步工作。


        基于实验室高速原子力显微镜，拓展了摩擦力成像功能，采用恒高模式，在室温、大气条件下对标准光栅、导电玻璃、纳米银颗粒、金膜、单晶硅、铜单晶等材料进行了检测表征，获得了高分辨率的高速形貌和摩擦力图像。