题目：基于石英音叉深空环境原子力显微镜探头研究

   自原子力显微镜(AFM)诞生以来，其主要作为一种表面分析仪器应用于物理、化学、金属、半导体、微电子、纳米材料、生物、生命科学等众多科学领域。AFM主要通过检测原子间相互作用来进行成像，其不仅能够在大气环境下工作测量导体和绝缘体的表面形貌信息，而且还能够在真空环境下正常工作。随着太空探测需求的增加，将其应用于太空环境探索已经成为AFM发展的重要方向。

   本文主要对原子力显微镜探头结构应用于太空环境进行了讨论，通过分析太空环境的特点确定采用卧式探头结构以降低设备整体的重心，从而提高了探头的稳定性和抗振性。同时，将探头扫描器的扫描运动和逼近装置的机械运动分离，防止相互干扰保证了设备的工作精度。利用SOLIDWORKS和ANSYS WORKBENCH分别进行探头模型建立和模型模态分析，最后获得适合太空环境探测的新型探头结构方案。同时，本文还重点研究了探头上的重要组件——探针。通过研究石英音叉的机械和电学模型，改进针尖的电化学制备方法，开发探针的粘接装置，获得质量对称的双臂石英音叉探针。利用有限元分析方法分析得到探针共振频率随着针尖粘接质量变化的一般规律，最后获得了性能优异的双臂石英音叉探针。最后，通过搭建了基于机械泵和分子泵的真空装置用以模拟太空环境；将研制的探头结构与实验室自制的原子力显微镜控制器在真空环境下进行系统联调，获得深空环境下石英音叉探针的动态特性，并分析真空环境下获得的样品图像。